INFLUÊNCIA DOS VIDROS NO DESEMPENHO TÉRMICO E CONFORTO AMBIENTAL EM EDIFICAÇÕES DE ESCRITÓRIOS - UM ESTUDO DE CASO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL INFLUÊNCIA DOS VIDROS NO DESEMPENHO TÉRMICO E CONFORTO AMBIENTAL EM EDIFICAÇÕES DE ESCRITÓRIOS - UM ESTUDO DE CASO LUCIANA GIRARDI OMAR PROF. DR. BISMARCK CASTILLO CARVALHO Cuiabá, MT, fevereiro de 2011

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA E ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL INFLUÊNCIA DOS VIDROS NO DESEMPENHO TÉRMICO E CONFORTO AMBIENTAL EM EDIFICAÇÕES DE ESCRITÓRIOS - UM ESTUDO DE CASO LUCIANA GIRARDI OMAR Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Edificações e Ambiental. PROF. DR. BISMARCK CASTILLO CARVALHO Cuiabá, MT, fevereiro de 2011

3 Dados Internacionais de Catalogação na Fonte. O54i Omar, Luciana Girardi. Influência dos vidros no desempenho térmico e conforto ambiental em edificações de escritório - um estudo de caso / Luciana Girardi Omar xv, 167 f. : il. color. ; 30 cm. Orientador: Bismarck Castillo Carvalho. Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Mato Grosso, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Programa de Pós- Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental, Inclui bibliografia. 1. Desempenho térmico. 2. Conforto ambiental. 3. Edificação de escritório. 4. Fachadas de vidro - Conforto térmico. I. Título. CDU :697.97(817.2) Ficha catalográfica elaborada pelo Bibliotecário Carlos Henrique T. de Freitas. CRB-1: Permitida a reprodução parcial ou total desde que citada a fonte.

4 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental FOLHA DE APROVAÇÃO Título: INFLUÊNCIA DOS VIDROS NO DESEMPENHO TÉRMICO E CONFORTO AMBIENTAL EM EDIFICAÇÕES DE ESCRITÓRIOS - UM ESTUDO DE CASO Autor: LUCIANA GIRARDI OMAR Dissertação defendida e aprovada em 16 de fevereiro de 2011, pela comissão julgadora:

5 DEDICATÓRIA Aos meus anjos da guarda, Guilherme, Gabriel, Victor e Fauze

6 AGRADECIMENTOS Ao professor Dr. Bismarck Castillo Carvalho pela orientação, dedicação e incentivo; À minha família pela confiança, apoio e carinho em todos os momentos da minha vida; Aos avaliadores da banca pelas considerações e sugestões no exame de qualificação; Aos professores do Programa de Pós Graduação em Engenharia de Edificação e Ambiental pelos conhecimentos transmitidos; Ao professor Arnulfo Barroso Vasconcelos pela disponibilidade em contribuir com o trabalho; À professora Luciane Cleonice Durante pela disposição e por permitir o acesso ao software DesignBuilder; Às minhas colegas do mestrado, Soneize e Raquel, que se tornaram companheiras nos estudos, pesquisas e artigos; Aos técnicos e funcionários do TRT que me acompanharam nas medições e cederam as informações necessárias para a realização da pesquisa; Ao Desembargador Dr. Osmair Couto por permitir o acesso ao seu gabinete para a realização das medições; Aos meus colegas do mestrado por compartilharem seus conhecimentos e pelos trabalhos realizados em conjunto; À minha cunhada Fauzia Omar pelas correções gramaticais e ortográficas; A todas as pessoas que de alguma maneira me auxiliaram e contribuíram para o desenvolvimento deste trabalho; À Capes pelo apoio financeiro..

7 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS...VIII LISTA DE TABELAS...XII LISTA DE ABREVIATURAS...XIV LISTA DE SIMBOLOS...XV RESUMO...XVII ABSTRACT...XVIII 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS: GERAL E ESPECÍFICOS ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA EVOLUÇÃO E APLICAÇÃO DO VIDRO NA ARQUITETURA História do vidro O vidro na arquitetura O vidro no Brasil O vidro na arquitetura brasileira VIDROS Definição e composição do vidro Propriedades dos vidros Propriedades óticas Fatores de desempenho energético dos vidros Fator solar Ganho de calor solar Coeficiente de sombreamento Coeficiente de admissão solar Emissividade Classificação dos vidros Especificação de vidros em projetos de arquitetura FATORES DETERMINANTES NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFICAÇÕES O vidro na envoltória das edificações Orientação e geometria das edificações Sombreamento e proteção solar de superfícies envidraçadas CONFORTO AMBIENTAL... 38

8 2.4.1 Conforto térmico Índices de conforto térmico Normas relacionadas ao conforto térmico Conforto luminoso Fatores que influenciam o conforto luminoso Normas relacionadas à iluminação de ambientes CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO CARACTERÍSTICAS DO CLIMA DE CUIABÁ DIRETRIZES DE PROJETO PARA O CLIMA LOCAL MATERIAIS E MÉTODOS IDENTIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO AMBIENTES MONITORADOS INSTRUMENTOS Termo-higrômetro Luxímetro MÉTODOS PARA A AVALIAÇÃO DA EDIFICAÇÃO Métodos para a avaliação do desempenho e conforto térmico Método para medições in loco Método para avaliação do consumo energético Método para avaliação da carga térmica Método para avaliação do conforto térmico Método para avaliação luminosa RESULTADOS E DISCUSSÕES RESULTADOS E DISCUSSÕES SOB O PONTO DE VISTA TÉRMICO Desempenho térmico por medição in loco Medição de verão Medição de inverno Síntese do desempenho térmico por medição in loco Consumo energético do edifício Carga térmica Calibração do modelo Simulação Conforto térmico Medição no verão Medição no inverno

9 Síntese do conforto térmico RESULTADOS E DISCUSSÕES SOB O PONTO DE VISTA LUMINOSO Iluminação artificial Iluminação natural Síntese da iluminação artificial e natural CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE APÊNDICE A Experimento com globos alternativos ANEXO ANEXO A - Registro de contas de energia elétrica do TRT ANEXO B - Consumo de energia elétrica Elevadores da Corte...167

10 IX LISTA DE FIGURAS Figura 1- Catedral de Chartres, França ( )... 8 Figura 2- Vitral da Catedral de Chartres... 8 Figura 3- Palácio de Cristal, Londres, 1851, Joseph Paxton... 8 Figura 4- Fachada da Fagus, Alemanha, 1911, Walter Gropius... 9 Figura 5- Unidade habitacional em Berlin, Figura 6- Shanghai World Financial Center, Figura 7- Capital Gate, Abu Dhabi, Figura 8- Ministério da Educação e Saúde, Rio de Janeiro RJ, Figura 9- Palácio Alvorada, Figura 10- Catedral Metropolitana, Figura 11- Palácio Alencastro, Figura 12- Sede do Ministério Público do Estado de Mato Grosso, Figura 13- Composição química do vidro plano (float) Figura 14- Equilíbrio térmico para superfícies envidraçadas e ensolaradas Figura 15- Transmitância e refletância em função do ângulo de incidência Figura 16- Comportamento de diversos tipos de vidros em função da energia transmitida e dos comprimentos das ondas Figura 17- Espectro do raio solar Figura 18- Curva de sensibilidade do olho humano a radiação visível Figura 19- Ganhos de calor através de parede transparente com proteção externa Figura 20- Ganhos de calor através de parede transparente sem proteção externa Figura 21- Carta psicrométrica de Cuiabá Figura 22- Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do PMV Figura 23- Mapa de climas do Brasil Figura 24- Nebulosidade média em Cuiabá Figura 25- Carta solar para Cuiabá Figura 26- Zoneamento bioclimático brasileiro Figura 27- Zona Figura 28- Complexo judiciário do TRT 23ª Região Figura 29- Vista aérea do complexo do TRT e da Corte... 61

11 X Figura 30- Fachada Sudoeste da Corte Figura 31- Fachada Oeste da Corte Figura 32- Vista interna do domus do Átrio Figura 33- Vista interna do Átrio Figura 34- Vista interna dos dutos de exaustão Figura 35- Fain-Coil de 15 TR Figura 36- Difusores de piso retangular Figura 37- Difusores de piso circular Figura 38- Ar condicionado instalado no forro da Sala Figura 39- Planta ilustrativa do primeiro pavimento e dos ambientes monitorados.. 69 Figura 40- Termo-higrômetro HT Figura 41- Abrigo externo Figura 42- Termômetro de globo alternativo Figura 43- Barreira interna Figura 44- Luxímetro digital LD Figura 45- Posicionamento dos equipamentos na Sala 1 e Sala Figura 46- Posicionamento dos equipamentos na Corte Figura 47- Etapas utilizadas nos trabalhos de simulação Figura 48- Modelo tridimensional do TRT Figura 49- Desenho ilustrativo da planta baixa do gabinete Figura 50- Malha de pontos para as Sala 1 e Sala Figura 51- Malha de pontos para o Átrio Figura 52- Medição de iluminâncias no Átrio Figura 53- Medição de iluminância na Sala Figura 54- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 9 a 18 de fevereiro Figura 55- Dia típico de verão Sala 1 e Sala Figura 56- Desempenho das temperaturas externa e internas - Sala 1 e Sala Figura 57- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 19 a 28 de fevereiro Figura 58- Dia típico de verão - Átrio Figura 59- Desempenho das temperaturas externa e interna Átrio... 96

12 XI Figura 60- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 25 de junho a 3 de julho Figura 61- Dia típico de inverno Sala 1 e Sala Figura 62- Desempenho das temperaturas externa e internas - Sala 1 e Sala Figura 63- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 4 a 12 de julho Figura 64- Dia típico de inverno - Átrio Figura 65- Desempenho das temperaturas externa e interna Átrio Figura 66- Carta Solar de Cuiabá Figura 67- Rosa dos Ventos Figura 68- Consumo energético da Corte por categoria Figura 69- Consumo de energia elétrica do TRT Figura 70- Distribuição do consume energético segundo o RTQ-C, nível A Figura 71- Temperaturas do ar medidas e simuladas Sala Figura 72- Temperatura do ar medidas e simuladas - Átrio Figura 73- Ganhos internos de calor - Sala Figura 74- Ganhos internos de calor - Sala 2/Zona Figura 75- Ganhos internos de calor - Sala 2/Zona Figura 76- Ganhos internos de calor - Sala 2 /Zona Figura 77- Síntese do ganho de calor interno anual para o gabinete, Sala 1 e Sala Figura 78- Ganhos internos de calor: situação real e alternativas simuladas - Gabinete Figura 79- Temperatura e Ganhos de calor interno de calor para o Átrio Figura 80- Ganhos internos de calor: situação real e alternativas simuladas - Átrio Figura 81- PMV e PPD no verão Sala Figura 82- PMV e PPD no verão Sala Figura 83- PMV e PPD no verão - Átrio Figura 84- PMV e PPD no inverno Sala Figura 85- PMV e PPD no inverno Sala Figura 86- PMV e PPD no inverno - Átrio Figura 87- Índices PMV no verão e inverno Sala 1, Sala 2 e Átrio

13 XII Figura 88- Distribuição das luminárias na Sala 1 e Sala Figura 89- Curvas isolux da iluminação artificial na Sala Figura 90- Curvas isolux da iluminação artificial na Sala 2 / Zona1, Zona 2 e Zona Figura 91- Luz natural às 9h00min Sala Figura 92- Luz natural às 11h00min Sala Figura 93- Luz natural às 13h00min Sala Figura 94- Luz natural às 15h00min Sala Figura 95- Luz natural às 9h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona Figura 96- Luz natural às 11h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona Figura 97- Luz natural às 13h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona Figura 98- Luz natural às 15h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona Figura 99- Luz natural às 9h00min - Átrio Figura 100- Luz natural às 11h00min - Átrio Figura 101- Luz natural às 13h00min - Átrio Figura 102- Luz natural às 15h00min - Átrio

14 XIII LISTA DE TABELAS Tabela 1- Aditivos e seus efeitos espectrais no vidro Tabela 2- Tipos de vidros quanto a transmissão do espectro Tabela 3- Fator solar para alguns tipos comuns de vidros Tabela 4- Classificação de vidros conforme a eficiência luminosa e eficiência térmica Tabela 5- Relatório das estratégias bioclimáticas para Cuiabá Tabela 6- Taxas de proporção de luminâncias Tabela 7 Tabela de dados climatológicos de Cuiabá Tabela 8- Recomendações de projeto para a zona bioclimática Tabela 9- Critérios mínimos de desempenho segundo a NBR 15575/ Tabela 10- Critério de avaliação de desempenho térmico para o verão Tabela 11- Características dos vidros da fachada e do domus Tabela 12- Propriedades dos materiais opacos Tabela 13- Temperatura média e desvio padrão no verão - Exterior, Sala1 e Sala Tabela 14- Temperatura média e desvio padrão no verão Exterior e Átrio Tabela 15- Temperatura média e desvio padrão no inverno - Exterior, Sala1 e Sala Tabela 16- Temperatura média e desvio padrão no inverno Exterior e Átrio Tabela 17- Resumo do desempenho térmico da edificação no verão e inverno Tabela 18- Consumo energético mensal da Corte Tabela 19 - Carga térmica dos ambientes Tabela 20-Valores de temperatura significativas obtidas da Figuras 71 e Figura Tabela 21- PMV e PPD no verão - Sala Tabela 22- PMV e PPD no verão - Sala Tabela 23- PMV e PPD no verão - Átrio Tabela 24- PMV e PPD no inverno - Sala Tabela 25- PMV e PPD no inverno - Sala Tabela 26- PMV e PPD no inverno - Átrio

15 XIV Tabela 27- Resumo da iluminâncias obtidas com a iluminação artificial Tabela 28- Luz natural medida - Sala Tabela 29- Luz natural medida - Sala Tabela 30- Luz natural medida - Átrio Tabela 31- Sistema de iluminação integrado e economia de energia

16 XV LISTA DE ABREVIATURAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ANVISA Agencia Nacional de Vigilância Sanitária ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Conditioning Engineers BEN Balanço Energético Nacional CSV Comma Separated Values GPTAA Grupo de Pesquisa e Tecnologia de Arquitetura Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso GT- Edificações - Grupo Técnico para Eficientização de Energia nas Edificações IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INMET - Instituto Nacional de Meteorologia ISO - International Organization for Standardization LABEEE Laboratório de Eficiência Energética, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Catarina MME - Ministério de Minas e Energia NBR- Norma Brasileira NR Norma Regulamentadora PET Politereftalato de etileno PMV - Predicted Mean Vote PPD - Predicted Percentage of Dissatisfied PROCEL- Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica PVB Polivinil butiral REDEMET Rede de Meteorologia do Comendo da Aeronáutica RES - Resoluções RTQ C - Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos SWERA - Solar and Wind Energy Resource Assessment TMY Typical Meteorological Year WWR Window Wall Ratio

17 XVI LISTA DE SÍMBOLOS CS - Coeficiente de sombreamento D - Diâmetro do globo EL - Eficiência luminosa Esup - Iluminância refletida pela superfície, em lux ET - Eficiência térmica FS - Fator solar hcg - Coeficiente de transferência de calor por convecção, em W/m².K Icl - Resistência térmica para vestimentas, em clo Io - Energia Incidente, em W/m² IV - Infravermelho Iα - Energia absorvida Iρ - Energia refletida Iτ - Energia transmitida LV - Luz visível M - Taxa metabólica, em met ou W/m 2 Q - Ganho de calor através do vidro, em W/m 2 R se - Resistência superficial externa, em W m 2 / C Tar - Temperatura do ar, em C ou K TBS Temperatura de bulbo seco Tg - Temperatura de globo, em C ou K Trad - Temperatura radiante média, em C ou K U - Transmitância térmica total, em W/m C UV - Ultravioleta Va - Velocidade do ar ao nível do globo, em m/s α - Coeficiente de absorção ΔT - Diferença de temperatura do ar e temperatura de globo μm - Micrometro ρsup - Refletância da superfície σ - Constante de Stefan-Boltzman τ - Coeficiente de transmissão, em W/m 2 C

18 XVII Ԑg - Emissividade do globo negro Pa - Pressão atmosférica, em Pa

19 XVIII RESUMO OMAR, L. G. Influência dos vidros no desempenho térmico e conforto ambiental em edificações de escritórios - Um estudo de caso. Cuiabá, p. Dissertação (Mestrado) Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Universidade Federal de Mato Grosso. Na arquitetura contemporânea as fachadas do tipo cortina de vidro são adotadas como referência estética e padrão arquitetônico para edificações comerciais e públicas no país e no mundo. Observa-se que em muitas dessas edificações os aspectos funcionais e de adequação climática, essenciais para um bom desempenho energético da edificação, são desconsiderados ou relegados a um plano secundário em favor dos aspectos estéticos formais. Este trabalho avalia, através de medições in loco e simulações computacionais a influência do vidro como material utilizado na envoltória de uma edificação, no tocante ao desempenho energético e ao conforto ambiental em um prédio público de escritórios, localizado na cidade de Cuiabá/MT. Os resultados alcançados possibilitam avaliar os ganhos térmicos internos devido aos vidros existentes na envoltória do edifico em análise e propor recomendações para mitigar os aspectos negativos evidenciados no estudo, evitando-se dessa forma a repetição dos equívocos constatados em projetos futuros. Palavras-chave: Desempenho térmico, conforto ambiental, edificação de escritório, simulação computacional

20 XIX ABSTRACT OMAR.L.G. Influence of glass on thermal performance and environmental comfort in office buildings A case study. Cuiabá, 2010, 167p. Dissertation (Master) College of Architecture and Engineering, Federal University of Mato Grosso. Considering contemporary architecture, curtain wall façades are adopted as aesthetic references and architectural patterns for business and public buildings through the world. It is noticed that formal aesthetic aspects are highly favored over functional aspects and climatic suitability, which are essential for good thermal performance. This study evaluates the influence of glass as a material used in the external covering of a building through in situ measurements and computer simulation, considering thermal performance and environmental comfort in a public building in Cuiabá, Mato Grosso. Through the results achieved, it is possible to evaluate the internal thermal gain due to existing glass on the outside of the aforementioned building, and to propose solutions for the negative aspects found in this study, avoiding the same mistakes in the future. Keywords: Thermal performance, environmental comfort, office buildings, computer simulation.

21 1 1. INTRODUÇÃO O consumo de energia elétrica no Brasil por edificações residenciais, comerciais e públicas corresponde a 44,67% do total de energia elétrica gerada (MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA, 2009). No setor comercial e público parte expressiva da energia elétrica é consumida pelos sistemas artificiais de iluminação e climatização, da ordem de 23% e 47% respectivamente (CORREA, 2007). A energia elétrica requerida pelos sistemas de condicionamento de ar e iluminação nas edificações está relacionada com a necessidade de se obter condições satisfatórias de conforto térmico e luminoso nos ambientes de trabalho. Estas condições de conforto serão mais fáceis de serem alcançadas se a edificação for projetada para ter um bom desempenho térmico e luminoso. Nesse contexto o projeto arquitetônico é decisivo no consumo energético de uma edificação. Romero (1988, p. 12) ressalta que no meio natural ou construído é a arquitetura que define as condições ambientais que melhor satisfaçam as exigências do conforto humano. Define ainda que a arquitetura bioclimática pode ser um instrumento mediador entre o clima externo e o interno. Na prática, porém, observa-se que em muitas edificações os aspectos funcionais e de adequação climática, fatores essenciais para um bom desempenho energético da edificação, são desconsiderados ou relegados a um plano secundário em favor de aspectos estéticos formais. O uso de vidros nas fachadas é um exemplo desta realidade. Estes materiais, devido ao caráter simbólico de modernidade associado, são constantemente utilizados nas fachadas dos edifícios comerciais e públicos do país e do mundo. Mascarenhas et al. (1995, p. 422) ao estudarem edifícios comerciais em Salvador/BA, concluíram que a presença de vidros na envoltória de edifícios com área de janela superior a 40% apresentavam um consumo de energia aproximadamente 50 % maior que edifícios com áreas de janela inferiores a 20%. A partir da década de 70, principalmente em resposta à crise do petróleo vivenciada no período, alguns países europeus, Japão, Estados Unidos e Canadá vêm desenvolvendo políticas e programas de conservação de energia elétrica. Estas ações

22 2 envolvem pesquisas de fontes alternativas de energia, desenvolvimento de produtos mais eficientes, que objetivam, em ultima instância, a otimização do desempenho energético das edificações residenciais, comerciais e públicas. No Brasil, desde 2001, com a promulgação da Lei n , que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia e o Decreto n 4059 de 19 de dezembro de 2001 (BRASIL, 2001a, 2001b), procura-se estabelecer níveis máximos de consumo para máquinas e aparelhos consumidores de energia comercializados no Brasil. Neste decreto foi criado o Grupo Técnico para Eficientização de Energia nas Edificações, GT- Edificações, que visa ao uso racional da energia elétrica nas edificações. Em 2005 o GT-Edificações elaborou um plano de ação para avaliar a eficiência energética em edificações, com a finalidade de criar bases necessárias para racionalizar o consumo de energia, o Procel Edifica. Mais recentemente e de forma complementar, no sentido de promover a melhoria do desempenho das edificações brasileiras inclusive nos aspectos de desempenho ambiental, em maio de 2010 entrou em vigência a norma ABNT NBR 15575/2008 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos Desempenho. Esta normativa associada à norma ABNT NBR 15220/2005 Desempenho térmico em edificações se constitui num importante instrumento na avaliação e definição de diretrizes construtivas e estratégias de condicionamento passivo nas edificações para se alcançar um bom desempenho térmico conforme o zoneamento bioclimático brasileiro. Depreende-se, pois, que a problemática de se alcançar melhores índices de desempenho energético nas edificações é um problema real e absolutamente atual. A publicação de normativas, o desenvolvimento de novos materiais e equipamentos, a elaboração de projetos pautados nos princípios que os novos conceitos de modernidade exigem, bem como estudos que objetivem avaliar edificações existentes, certamente, são atitudes que caminham na direção correta na busca de uma maior sustentabilidade para o planeta, a partir também do ponto de vista arquitetônico. A história da humanidade torna evidente que o homem sempre procurou adaptar-se ao meio, incluindo a adaptação da sua moradia ao clima local. Os refúgios eram construídos de maneira a satisfazer as necessidades humanas básicas a um

23 3 custo energético relativamente baixo. Após a II Grande Guerra, com o avanço da tecnologia e a oferta de combustíveis baratos, aliado à crença de que a tecnologia resolveria qualquer problema de controle ambiental, a arquitetura passou a repetir em parte significativa do planeta o que foi denominado de Internacional Style, desconsiderando-se as condições climáticas locais e o consumo energético para torná-las habitáveis (GONÇALVES; DUARTE, 2006). Com esse novo paradigma adotado pela arquitetura, premissas básicas utilizadas como parâmetros para uma boa condição de habitabilidade, tais como orientação solar, influência dos ventos, ocorrência de chuvas e demais aspectos culturais e climáticos de cada região, ficaram relegadas a um segundo plano. Cedeuse espaço para uma arquitetura internacional, muitas vezes copiada indiscriminadamente, sem quaisquer critérios, visando exclusivamente à estética a qualquer custo, sem a interação com o meio local. A evolução da tecnologia e, consequentemente, o surgimento de materiais mais sofisticados, especialmente os vidros, foram definitivamente incorporados à arquitetura contemporânea. Um exemplo dessa situação é a adoção de fachadas envidraçadas como referência estética e padrão arquitetônico para edificações comerciais e públicas no país. O envidraçamento de fachadas foi uma proposta arquitetônica importada do hemisfério norte, de países com características climáticas e culturais diferentes do Brasil. Vale ressaltar que as grandes áreas de vidro que compõem a envoltória das edificações podem comprometer o desempenho térmico, luminoso e acústico e gerar desconfortos com os ganhos elevados de calor, excesso de luminosidade e ruídos externos. Em decorrência desta postura, a principal consequência da falta de critério para o envidraçamento das edificações é o surgimento de prédios estufas, distribuídos por todo o país. Neste tipo de edificação, níveis de conforto satisfatórios são alcançados somente à custa de elevados investimentos em sistemas artificiais de refrigeração e iluminação, que consomem muita energia elétrica na operação e manutenção. Para Schiller e Evans (2006, p. 1.29) o ambiente construído é responsável por uma proporção significativa de todos os impactos ambientais, incluindo emissões de

24 4 gases de efeito estufa. Para reduzir esses impactos é necessário incorporar estratégias que consigam fazer com que o edifício seja concebido sob um enfoque bioclimático, interagindo de forma eficiente energeticamente com meio ambiente e proporcionando melhores condições de habitabilidade. 1.1 OBJETIVOS: GERAL E ESPECÍFICOS O objetivo deste trabalho é avaliar a influência do material utilizado na envoltória de uma edificação, no estudo em tela, o vidro, sob a ótica do desempenho energético e do conforto ambiental tendo como objeto de estudo um prédio público, localizado na cidade de Cuiabá/MT, que abriga o Tribunal Regional do Trabalho TRT. Como objetivos específicos pontuam-se: Avaliar, através de medições in loco, o desempenho térmico e luminoso dos ambientes da edificação considerados nos estudos; Avaliar à luz da normatização internacional e estudos existentes as condições de conforto térmico e luminoso dos ambientes enfocados: Gabinete e Átrio da edificação denominada Corte; Identificar possíveis aspectos negativos da edificação, com referência aos materiais utilizados e aspectos arquitetônicos, com vistas a servir como referência para futuros projetos; Avaliar o desempenho da edificação sob o ponto de vista energético, tendo como referência o índice de consumo energético nível A do RTQ- C. 1.2 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO A dissertação está conformada por seis capítulos, que além deste introdutório, estão constituídos conforme a seguir descrito: Capítulo 2: Tem por objetivo apresentar a revisão bibliográfica sobre o tema da pesquisa, incluindo uma abordagem da história do vidro ao longo do tempo, suas propriedades físicas e aplicações na arquitetura. Ainda neste capítulo apresentam-se

25 5 tópicos relacionados ao conforto térmico e luminoso em edificações e as principais normativas que norteiam projetos e avaliação do tipo de construção sob estudo. Capítulo 3: Esta parte do estudo destina-se à caracterização da área de estudo sob o ponto de vista do clima da cidade de Cuiabá e apresenta as diretrizes de projeto para o clima local. Capítulo 4: Esta fase do trabalho compreende a identificação da edificação e a descrição dos procedimentos e equipamentos utilizados nos trabalhos de medição. São descritos os métodos aplicados para alcançar os objetivos propostos na pesquisa. Capítulo 5: Compreende a apresentação dos resultados alcançados por meio de medições, estudos analíticos e simulações computacionais, valendo-se para tanto da análise gráfica e interpretação dos dados. Capítulo 6: Sintetiza os principais avanços alcançados na pesquisa e indica alguns tópicos que possam ser objeto de estudos futuros.

26 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 EVOLUÇÃO E APLICAÇÃO DO VIDRO NA ARQUITETURA O vidro, como é plenamente sabido, ocupa um lugar de destaque em todos os setores da sociedade moderna. Seus usos variam da fina vidraçaria cosmética à conservação de alimentos e de maneira quase que irrestrita no setor da construção civil. Apesar do uso intensivo deste material, ainda existem aspectos que podem e devem ser estudados e/ou aperfeiçoados, de maneira a conferir-lhe um rendimento que o torne ainda mais atrativo para as aplicações conhecidas, em termos da melhoria de desempenho, particularmente quando utilizado como envoltória de edificações. Nesse contexto, o capítulo em pauta, destina-se a efetuar uma abordagem geral sobre o vidro, iniciando pelos aspectos históricos e de evolução no Brasil e no mundo, e assinalando também o atual estágio tecnológico e de utilização deste material, bem como as tendências para o futuro, à luz das preocupações com o meio ambiente e sua correlação com o uso racional de recursos naturais na produção de energia História do vidro Os vidros são materiais conhecidos há muito tempo pela humanidade, sendo que alguns historiadores afirmam que provavelmente o vidro seja um dos materiais mais antigos feitos pelo homem, mas como ocorre com a maioria dos materiais antigos, o inicio da sua fabricação é incerto. O emprego do vidro na história da civilização está presente desde os primeiros registros históricos como matéria prima para confecção de adornos, artefatos utilitários e, na arquitetura, como material construtivo. A invenção dos vidros é atribuída aos fenícios, por volta de a.c., e sua descoberta teria ocorrido por acaso. Alguns fenícios, ao desembarcarem na costa da Síria, montaram acampamento e improvisaram um fogão sobre a areia com blocos construídos em "pedras" de carbonato de cálcio sobre a areia de uma praia.

27 7 Observaram que, após sofrer a ação do calor durante toda a noite, formou-se no local um líquido transparente que se solidificou (ALVES et al., 2001). O uso do vidro na construção civil, no entanto, pode-se dizer que começou a ganhar força na Inglaterra, na segunda metade do século XVIII, quando a indústria do vidro fez grandes progressos técnicos. Em 1806, a indústria já era capaz de produzir lâminas de 2,50 x 1,70 m, fato que promoveu um aumento do consumo do vidro em lâminas pelos ingleses. Este acontecimento, por sua vez, provocou a diminuição significativa dos preços, e com isso o uso do vidro como um material para fechar espaços passou a ser aceito universalmente, especialmente nas suas aplicações associadas ao ferro (BENEVOLO, 2009). A indústria moderna do vidro surgiu com a revolução industrial e a mecanização dos processos. Em 1959, o proprietário de uma fábrica de vidro na Inglaterra, o Sr. Pilkington, desenvolveu um processo revolucionário para a produção do vidro plano, o float-glass, conhecido também como cristal (ABRAVIDRO, 2010) O vidro na arquitetura O vidro plano utilizado como base na arquitetura levou aproximadamente 2000 anos desde a sua primeira descoberta até que a sua utilização na arquitetura fosse possível. Com este desenvolvimento uma nova linguagem conceitual na arquitetura se tornou efetiva e em constante desenvolvimento. De uma simples provisão de luz sem perdas ou ganhos de calor à criação de vidros com tecnologia e qualidade, o vidro se tornou um material essencial e indispensável (WIGGINTON, 2004). A arquitetura gótica pode ser considerada a primeira era do vidro na arquitetura, criada para as igrejas cristãs construídas no Norte da Europa (WIGGINTON, 2004). O desenvolvimento de um sistema estrutural sofisticado para a catedral permitiu que se obtivessem aberturas de vãos maiores e em maior quantidade. Alguns exemplos de vitrais utilizados na arquitetura das catedrais góticas estão representados na Figura 1 e Figura 2.

28 8 Figura 1- Catedral de Chartres, França ( ) Fonte: Figura 2- Vitral da Catedral de Chartres Fonte: Em 1851, Joseph Paxton, projetou e construiu o Palácio de Cristal para a Exposição Universal de Londres, ilustrado na Figura 3. O estilo arquitetônico do edifício rompia com tradições e estilos dominantes na época. A edificação instaurou um novo método de projeto e execução. A inovação foi por conta do emprego de elementos pré-fabricados, como de estrutura de ferro e lâminas de vidro (ARGAN, 1992). Figura 3- Palácio de Cristal, Londres, 1851, Joseph Paxton Fonte: Tiez (2000, p. 7) Segundo Argan (1992, p. 85), o edifício apresentava uma idéia revolucionária por empregar materiais e técnicas da construção utilitária para erguer um edifício representativo, e fazer arquitetura com os procedimentos da engenharia. No plano

29 9 estético, os resultados foram leveza da massa e a geometria dos volumes, maior luminosidade interna, semelhante à externa, e a transparência alcançada, que eliminava a distinção entre espaço interno e o externo. Foi a partir do século XX que o concreto, o aço e o vidro, que já eram materiais conhecidos, mas nem sempre utilizados de forma visível até o século passado, passaram a ser expostos como elementos da arquitetura funcional. Inicialmente foram incorporados aos projetos arquitetônicos de edifícios industriais e funcionais, e posteriormente aos projetos tradicionais (TIETZ, 2000). Para Duarte (1997, p. 35) com a industrialização, Os novos materiais e/ou produção maciça deles, como o aço, o vidro e o concreto armado, redirecionaram as discussões arquitetônicas, com a criação de novos elementos, que tornam paradigmas da arquitetura moderna: coberturas transparentes, grandes estruturas, vãos livres maiores e balanços. Em 1911, Walter Gropius, projetou a fábrica Fagus, considerada uma das primeiras obras em estilo moderno com fachada inteiramente recoberta de vidro. No projeto da fábrica, a transparência é alcançada com o encontro de dois planos de vidro como ilustra a Figura 4. Figura 4- Fachada da Fagus, Alemanha, 1911, Walter Gropius Fonte: O modernismo que atingiu a arquitetura veio de uma série de movimentos ocorridos em diversos países como a Bauhaus, na Alemanha, em Le Corbusier, na

30 10 França, em Frank Loyd Wright nos Estados Unidos, entre muitos outros. Estas fontes diversas produziram um ideário de aparência homogênea, com pontos comuns, denominado de Internacional Style. O termo Internacional Style, foi criado pelo crítico Henry Russel Hitchcock e utilizado pela primeira vez em Ele traduz a convergência dos preceitos arquitetônicos modernistas, de vertentes essencialmente europeias, e seguidos por arquitetos de todo o mundo, inclusive brasileiros. A transparência total dos edifícios era um ideal da época, mas como explica Mahfuz (2009, p. 3), logo ficou claro que mesmo em climas frios, uma fachada não pode ser reduzida a uma mera lâmina de vidro. Os fatores ambientais como temperatura, umidade e excesso de luminosidade levaram à adoção de elementos de proteção dos planos envidraçados das fachadas modernistas. O elemento que foi introduzido na arquitetura com este propósito por Le Corbusier, foi o brise-soleil, ou quebra-sol, representado na fachada do edifício da Figura 5. Figura 5- Unidade habitacional em Berlin, Fonte: Nas décadas de 1950 e 1960 o vidro continuou sendo o principal material de fechamento e vedação para os edifícios de escritórios e sedes de grandes empresas. O núcleo desses edifícios era constituído de um esqueleto de aço estrutural, onde eram suspensas as partes das placas de vidro, como uma cortina. O termo courtain-wall e o

31 11 termo fachada reticulada se tornaram sinônimos de arquitetura de edifícios empresariais naquelas décadas (TIEZ, 2000). Na arquitetura pós-moderna e contemporânea, o vidro, o aço e o concreto continuam presentes nas edificações. Cada vez mais estes materiais estão associados à utilização de tecnologias avançadas e de concepções arquitetônicas originais e inovadoras, como se observa na Figura 6 e Figura 7. Figura 6- Shanghai World Financial Center, 2008 Fonte: swfc-shanghai.com Figura 7- Capital Gate, Abu Dhabi, 2010 Fonte: O sucesso das fachadas envidraçadas e motivo pelo qual elas continuam sendo aplicadas na arquitetura contemporânea em todas as partes do mundo se deve ao domínio da tecnologia de climatização e ao desenvolvimento de vidros complexos, tanto para fins estruturais quanto para controle energético e ambiental O vidro no Brasil A história da indústria do vidro no Brasil iniciou-se com as invasões holandesas (1624/35), em Olinda e Recife/PE, onde a primeira oficina de vidro foi montada por quatro artesãos que acompanharam o príncipe Maurício de Nassau. A oficina fabricava vidros para janelas, copos e frascos. Com a saída dos holandeses a fábrica fechou, e todo o vidro passou a ser importado de Portugal e posteriormente da Europa e das colônias inglesas (CRUZ et al., 2003).

32 12 O vidro voltou a entrar no mapa econômico do país a partir de 1810, quando o português Francisco Ignácio da Siqueira Nobre recebeu carta régia autorizando a instalação de uma indústria de vidro no Brasil (MASCARÓ, 1983). A Real Fábrica de Vidros da Bahia, em Salvador, produziu vidros lisos, de cristal branco, frascos, garrafões, garrafas. Encerrou suas atividades em 1825 (ABRAVIDRO, 2010). No século XIX várias fábricas de vidros foram fundadas no país, a maioria delas por imigrantes europeus, porém foi a partir do início do século XX que a indústria do vidro se desenvolveu. As grandes empresas, que surgiram a partir do final do século passado, ainda hoje dominam o mercado do setor O vidro na arquitetura brasileira De acordo com Mascaró (1983, p. 149) o uso do vidro nas janelas brasileiras é relativamente recente. Em 1760 apenas a igreja dos Jesuítas e o Palácio dos Governadores, ambos no estado da Bahia, possuíam janelas de vidro. O fechamento das aberturas era feito por balaústres de madeira torneados, urupemas (estreitas de junco) e posteriormente rótulas constituídas de tiras de madeira delgada entrecruzadas na diagonal. Brandão e Martins (2008, p. 1) destacam que, além da transformação na tipologia e dos hábitos de moradia que antes indicavam o fechamento da casa em relação à rua, a decisão favorecia a comercialização do vidro fabricado pela Inglaterra e exportado para o Brasil, devido à abertura dos portos às nações amigas. Após o Brasil se desvencilhar de Portugal a arquitetura brasileira sofreu grande influência dos franceses e ingleses. Os novos estilos das construções dos sobrados e palacetes neoclássicos possuíam em suas fachadas grandes janelas com vidros (PILKINGTON, 2010). A partir de 1920 um grupo de profissionais como Warchavchik, Lúcio Costa, Oscar Niemeyer, Rino Levi, Sérgio Bernardes e Villanova Artigas e outros introduziram na arquitetura brasileira as ideias e as formas da arquitetura modernista europeia e norte-americana de Walter Gropius, Mies van der Rohe, Le Corbusier, Frank Lloyd Wright.

33 13 Exemplo da aplicação desses conceitos é o edifício sede do Ministério da Educação e Saúde no Rio Janeiro, construído em 1936, projetado por Lúcio Costa e Oscar Niemeyer. O edifício apresentava elementos da arquitetura modernista, ainda inéditos no país, como sua fachada inteira de vidro protegida por brises-soleil, como mostra a Figura 8. Figura 8- Ministério da Educação e Saúde, Rio de Janeiro RJ, Fonte: Harris (1987, p. 121) Para Segalla (2008, p. 1), a partir das décadas de 1940 e 1950, o uso do vidro na edificação se intensifica, na esteira das principais escolas da arquitetura mundial e sob pressão interna da modernização urbano-industrial do Brasil. Com o objetivo de modernizar a imagem urbana do Brasil, o uso do vidro, do concreto e do aço foi incorporado definitivamente às construções. Os traços dos arquitetos modernistas se espalham pelo Brasil. Entre 1942 e 1944, Oscar Niemeyer recebe uma encomenda de Juscelino Kubitscheck, então prefeito de Belo Horizonte, para projetar uma série de edifícios em torno do largo artificial Pampulha como parte de um plano de modernização da cidade. Apesar da tendência arquitetônica, segundo Oliveira (2008, p. 21) a construção de Brasília, em 1960, representou um marco na reestruturação econômica nacional, sendo que a forma concreta de expressar a modernidade estava no campo da arquitetura e do urbanismo.

34 14 Seguindo um plano urbanístico de Lúcio Costa e arquitetura de Oscar Niemeyer, as edificações projetadas para a cidade tinham o vidro como principal material de fechamento externo, e também na delimitação dos espaços internos por paredes inteiramente de vidro em prédios, como o do Parlamento, do Supremo Tribunal Federal, do Itamaraty, o Palácio do Planalto, o Palácio Alvorada e a Catedral Metropolitana de Brasília. Alguns destes exemplos estão ilustrados na Figura 9 e Figura 10. Figura 9- Palácio Alvorada, 1960 Fonte: Figura 10- Catedral Metropolitana, 1960 Fonte: Como observa Freire (1997, p. 124) após a construção de Brasília, na década de 60, o ciclo da modernização das cidades começa a se espalhar pela rede urbana das cidades de Goiás e Mato Grosso. Cuiabá, como capital de Mato Grosso, desponta como centro da atenção do capital monopolista por causa das imensas áreas disponíveis para a agricultura e pecuária, assumindo a posição de medianeira urbana do projeto de integração nacional da Amazônia Meridional. Em termos urbanísticos e arquitetônicos, os modelos para as novas construções na capital de Mato Grosso, foram importados como símbolo de progresso e modernização, em oposição às tradições barrocas existentes na época. Exemplo disso foi a construção do primeiro edifício público, Palácio Alencastro, com vários andares, apresentando estilo e características marcantes da arquitetura moderna, como mostra a Figura 11 (FREIRE, 1997).

35 15 Figura 11- Palácio Alencastro, Fonte: Na atualidade, observa-se claramente em Cuiabá, através das construções mais recentes, como a ilustrada na Figura 12, que os modelos de arquitetura adotados por projetistas, construtores e clientes como referência continuam sendo importados de outros centros, por vezes com características climáticas e culturais muito diferentes das locais. Nesse sentido, é interessante observar que a implantação de determinadas tipologias deve ser precedida de cautela, pois quando oriundas de locais frios podem trazer problemas ambientais, apesar de terem sido adotadas como símbolos do progresso cultural. Figura 12- Sede do Ministério Público do Estado de Mato Grosso, 2009 Fonte: Arquivo pessoal

36 VIDROS Este capítulo revisa algumas propriedades químicas, físicas e óticas de transmissão, reflexão e absorção dos vidros Definição e composição do vidro Segundo Sidel (2006, p. 11) cientificamente, há controvérsias quanto à definição dos vidros. Uma definição clássica e difundida classifica o vidro como: Um sólido amorfo, não cristalino, que exibe o fenômeno da transição vítrea ou de transformação vítrea (Tv), determinando em qual região de temperatura o material líquido passa para o estado vítreo, propriedade que diferencia o vidro de um cristal. Por vezes, esse material é referido como líquido superresfriado. Um material é chamado de amorfo quando não possui simetria a longo alcance. Por outro lado, entende-se por sólido todo material rígido que não escoa quando é sujeito a forças moderadas. ( ZARZYCKI, 1991, p. 1, tradução nossa). O vidro é basicamente formado por três principais elementos: um vitrificante, que é a sílica (SiO2) na forma de areia; um fundente, que pode ser a soda ou o potássio, na forma de sulfatos e carbonatos (Na2CO3); um estabilizante, que é a cal na forma de carbonato (CaCO3) (CARAM, 1998). Variando as respectivas quantidades e acréscimo de determinados aditivos especiais, as propriedades e as características do vidro podem ser moduladas e com isso obtém-se uma grande variedade de tipos de vidros (GARG, 2007). Alguns aditivos como o selênio, o óxido de cobalto e o óxido de neodímio, são introduzidos para corrigir a coloração verde causada pelas impurezas de ferro contidas na areia utilizada na composição do vidro. Os vidros coloridos são produzidos acrescentando a sua composição outros elementos que alteram a sua capacidade de transmissão espectral. Os aditivos e as cores que produzem podem ser observados na Tabela 1.

37 17 Tabela 1- Aditivos e seus efeitos espectrais no vidro Aditivos Cores Óxido Crômico (Cr2O3) Oxido de Cobalto Oxido Cuproso (CuO) Oxido Cúprico (Cu2O) Oxido Ferroso Oxido Férrico Selênio Óxido de Urânio Oxido de Níquel Fonte: Wigginton (204, p.214) Verde Azul Vermelho Azul claro Azul/ Verde Marrom Rosa Amarelo Castanho acinzentado, amarelo, verde, azul/violeta Apesar da concentração de muitos elementos na composição do vidro, o percentual de aditivos normalmente é muito pequeno. Um exemplo é a composição típica do vidro plano, que pode ser observada na Figura 13: Figura 13- Composição química do vidro plano (float) Fonte: Cebrace (2010) Propriedades dos vidros Para Wigginton (2004, p. 243) as propriedades intrínsecas e essenciais dos vidros são a transparência e a durabilidade. Outras propriedades se tornam significantes conforme o uso que é dado ao material. As principais propriedades dos vidros de uso comum são: índice de refração; propriedades térmicas; resistência

38 18 mecânica; dureza e resistência à abrasão; durabilidade química; resistência e durabilidade às intempéries; densidade; resistência ao fogo, isolamento sonoro e as propriedades óticas (transmissão, reflexão, absorção da luz e da radiação). As propriedades óticas de transmissão, reflexão e absorção são fundamentais e de suma importância na decisão da escolha do tipo de vidro que será especificado no projeto de arquitetura Propriedades óticas Em estudos sobre desempenho térmico de edificações, geralmente o vidro é avaliado em função de sua transmissividade e absortividade (LABAKI; CARAM, 1995). Portanto na escolha de um vidro é importante que se entenda como a radiação solar atravessa uma superfície transparente e como ocorre a transmissão para o interior da edificação. Quando a radiação incide sobre um vidro, se divide em três partes. Uma parte é refletida sem causar nenhum efeito na edificação. A segunda parte é absorvida pelo vidro e a terceira é transmitida pelo vidro para o interior da edificação, como ilustrado na Figura 14. Figura 14- Equilíbrio térmico para superfícies envidraçadas e ensolaradas Fonte: ASHRAE (2009, p )

39 19 A relação entre as proporções da energia transmitida diretamente (Iτ), a energia refletida (Iρ) e a energia absorvida (Iα) são dadas pela Equação 1 (CARAM, 2002): Iτ + Iρ+ Iα = 1 (Eq.1) A transmissão através dos vidros depende principalmente de fatores como o ângulo de incidência da radiação, a espessura, a composição química e a característica superficial do vidro (GIVONI, 1998). Quanto maior for a espessura do vidro menor será a transmissão da radiação, devido à maior capacidade de absorção do material. A radiação absorvida pelo vidro se transforma em calor, porém, o calor produzido através da absorção aumenta a temperatura do vidro que poderá ser conduzida através dele próprio ou dissipado a partir da sua superfície. A relação entre transmitância, refletância e o ângulo de incidência está exposta na Figura 15. Observa-se que para os ângulos abaixo de 40 graus as variações da transmitância e refletância são pequenas, mas a partir do ângulo de 60 graus a transmitância diminui e ocorre um aumento da refletância. Conclui-se que quanto maior o ângulo de incidência, maior o índice de reflexão e menor o índice de transmitância. Figura 15- Transmitância e refletância em função do ângulo de incidência Fonte: ASHRAE (2009, p )

40 20 Para vidros coloridos, a espessura influi mais significativamente na transmissão solar, principalmente na iluminação, pois com vidros mais espessos e coloridos há uma diminuição da luz visível causada por estes fatores (CARAM, 1998). A coloração dos vidros, obtida com a adição de óxidos na sua composição, implica na absorção da radiação solar e na redução da transmitância em determinados intervalos de comprimento de onda. Na Figura 16 observa-se o comportamento de vidros de variadas colorações e a transmitância em função do comprimento de ondas. Figura 16- Comportamento de diversos tipos de vidros em função da energia transmitida e dos comprimentos das ondas Fonte: Wigginton (2004, p. 251) Para Givoni (1998, p. 57), uma propriedade única dos vidros é a sua seletividade quanto a ondas curtas e ondas longas da radiação solar. Tipos diferentes de vidros transmitem diferentes frações do espectro solar na faixa que compreende 0,4 a 2,5 µm, porém todos os vidros são opacos para radiações de ondas longas emitidas pelas superfícies internas. Segundo Caram (1998, p. 13) é importante para os projetistas que se diferencie a transmissão da radiação solar nos fechamentos transparentes em cada região do

41 21 espectro, por causa dos efeitos distintos que provocam. Na escolha de um tipo de vidro devem-se combinar duas características principais: o fator solar mínimo e a transmissão luminosa máxima. O espectro solar ao atingir a terra é composto aproximadamente por 3% de ultravioletas (UV), 55% de infravermelhos (IR) e 42% de luz visível (LV). Estas três partes da radiação correspondem respectivamente a três faixas de comprimento de onda. Os ultravioletas ocorrem para comprimento de ondas abaixo de 0,38 μm; a luz visível para comprimentos de ondas compreendidos entre 0,38 a 0,78 μm e os infravermelhos para a faixa de ondas com comprimentos entre 0,78 a 2,5 μm. A repartição energética do espectro solar, em função do comprimento de onda entre 0,3 e 2,5 μm (espectro), numa superfície perpendicular à incidência do raio, está representada na Figura 17 (SAINT GOBAIN, 2010). Figura 17- Espectro do raio solar Fonte: Saint Gobain (2010) Radiação Ultravioleta A faixa da região ultravioleta compreendida entre 0,28 a 0,38 μm pode ser subdividida em três partes: ultravioleta A (0,315 até próximo ao limite de 0,38 μm); ultravioleta B (0,28 a 0,315 μm); ultravioleta C (0,1 a 0,28 μm). A presença da radiação ultravioleta nas edificações não pode ser desprezada, pois, apesar de alcançar em pequena proporção a superfície terrestre, ela possui uma

42 22 parcela significativa de energia que pode causar efeitos como a descoloração e o desbotamento de superfícies e objetos, melhoria na síntese da vitamina D pelo organismo, aceleração do processo de bronzeamento e pigmentação da pele, pode causar câncer de pele além dos efeitos bactericidas (CARAM, 1998). Luz Visível A luz é capaz de produzir uma sensação visual que varia com o comprimento de onda e com a luminosidade. A curva de sensibilidade, Figura 18, mostra que radiações de menor comprimento de onda (violeta e azul) geram maior intensidade de sensação luminosa quando há pouca luz, enquanto que as radiações de maior comprimento de onda (laranja e vermelho) se comportam ao contrário. Figura 18- Curva de sensibilidade do olho humano a radiação visível Fonte: OSRAM (2010) Radiação Infravermelha A faixa do espectro relativa ao infravermelho compreendida entre 0,78 a 2,5 μm pode ser dividida em três faixas: infravermelho de ondas curtas (0,78 a 1,4 μm); infravermelho de ondas médias (1,4 a 3,0 μm); infravermelho de ondas longas (3,0 μm a 1 mm). Apesar da radiação infravermelha ser invisível ao olho humano, ela pode ser sentida na forma de calor, pois atravessa o vácuo e o ar limpos sem perda de energia. O infravermelho influencia diretamente as condições de conforto ambiental e por

43 23 esse motivo não podem ser desconsideradas em fechamentos transparentes. O vidro é considerado transparente para as ondas de infravermelho-próximo (ondas curtas) e opaco na transmissão do infravermelho longo, sendo esta uma das causas do efeito estufa no interior das edificações (CARAM, 2002). Caram (1998) realizou uma série de ensaios com diversas amostras de vidros com o objetivo de obter o valor da transmissão da radiação incidente em função do espectro, que inclui o Ultravioleta (UV), Luz Visível (LV) e Infravermelho (IV). Os resultados destes ensaios permitem uma avaliação mais criteriosa quanto à escolha do vidro mais adequado para cada caso, conforme exposto na Tabela 2. Tabela 2- Tipos de vidros quanto a transmissão do espectro Vidro float Espessura Transmissão relativa ao intervalo Transmissão total característico (%) da amostra (%) UV LV IV Incolor 4 mm mm Cinza 4 mm mm Bronze 4 mm mm Verde 4 mm mm Refletivo Incolor 6 mm Refletivo prata 6 mm Refletivo cinza 6 mm Refletivo bronze 6 mm Refletivo verde 6 mm Laminado incolor 6 mm Laminado cinza 6 mm Laminado bronze claro 6 mm Laminado bronze escuro. 6 mm Laminado verde 6 mm Laminado rosa 6 mm Laminado azul 6 mm Fonte: Caram (1998, p. 57) Fatores de desempenho energético dos vidros Os principais fatores que devem ser considerados na avaliação do desempenho energético dos vidros frente à radiação solar são: o fator solar, o ganho de calor solar, o coeficiente de admissão solar, a emissividade e o coeficiente de sombreamento (CARAM, 1998).

44 Fator solar O fator solar (FS) é a soma da porcentagem da transmissão solar direta que ocorre através de um componente transparente ou translúcido, mais a parcela da energia absorvida e posteriormente retransmitida para o interior (ABNT NBR /2005). A Equação 2 expressa esta relação que é dada por: (Eq.2) Em que: FS = Fator solar; U = Transmitância térmica total, em W/m 2 C; α = Coeficiente de absorção; R se = Resistência superficial externa, em W m 2 / C; τ = Coeficiente de transmissão, em W/m 2 C. O fator solar serve para caracterizar um determinado material, ou seja, através dele determina-se a quantidade de energia que atravessa o material, chegando ao interior do ambiente, por exemplo: o fator solar de um vidro simples de 3 mm é de 0,87, que corresponde a uma penetração de 87% da radiação solar incidente sobre o vidro para o ambiente. Portanto, quanto maior o fator solar, maior a quantidade de energia transmitida. Os principais fabricantes de vidros disponibilizam em seus catálogos técnicos o Fator Solar para cada tipo de vidro produzido por eles e, através destes é possível calcular o ganho solar. A Tabela 3 apresenta o fator solar para alguns tipos de vidros. Tabela 3- Fator solar para alguns tipos comuns de vidros Superfícies Separadoras FS Vidros Transparente simples 3mm 0,87 Transparente simples 6mm 0,83 Transparente duplo 3 mm 0,75 Cinza (fumê) 3mm 0,72 Cinza (fumê) 6 mm 0,60 Verde 3 mm 0,72 Verde 6 mm 0,60 Reflexivo 3 mm 0,26 0,37 Fonte: Adaptado de Lamberts et al. (1997, p. 72)

45 Ganho de calor solar O ganho de calor solar (Q) ou transmissão total de radiação sobre uma superfície transparente pode ser definido como a soma do Fator Solar (FS) e da transferência de calor devido à diferença de temperatura do ar externa e interna (ASHRAE, 2009). O ganho de calor solar é calculado através da fórmula expressa na Equação 3. Q = U. A. (te ti) + FS. A. Io (Eq.3) Em que: Q = Ganho de calor através do vidro, em W/m 2 ; FS = Fator solar; A = Área total da superfície transparente, em m²; Io = Energia incidente, em W/m 2 ; U = Transmitância térmica do material, em W/m 2 C; te ti = diferença de temperatura do ar externa e interna, em C. As trocas de calor por ganho ou perda, ocorrem quando te > ti ou te < ti, respectivamente Coeficiente de sombreamento O coeficiente de sombreamento é definido como o quociente entre o fator solar de um componente transparente ou translúcido estudado e o fator solar de um vidro plano incolor de 3 mm de espessura (ABNT NBR /2005), representado na Equação 4. Quanto menor o Coeficiente de Sombreamento de um vidro, menor o ganho de calor e melhor o seu desempenho. = Ganho de alor olar do vidro estudado Ganho de alor olar do vidro padrão (Eq.4)

46 Coeficiente de admissão solar O coeficiente de admissão solar (K) também é conhecido como Fator U, definido pela ASHRAE como Overall Coefficient of Heat Transfer (U-Value). O valor U mede a transferência de calor através do vidro pelos efeitos de condução, convecção e radiação. Depende das condições ambientais externas e internas. Quando a temperatura externa (te) é maior que a interna (ti), o calor flui para dentro do ambiente ou ao contrário. Quanto menor o valor de U, menor a taxa de condução de calor. O valor da transmitância, K ou U, é expresso como o inverso da resistência, Equação 5: (Eq.5) Em que: U = Transmitância térmica do material, em W/m 2 C; R = Resistência, em m 2 C /W Emissividade É uma característica da superfície dos corpos. Quanto menor a emissividade, menor é a transferência de calor por radiação. A emissividade de um vidro pode variar de 0,84 a 0,1 para vidros revestidos por uma camada de baixa emissividade. Um vidro com baixa emissividade implica um valor de transmitância (U) menor resultante Classificação dos vidros No mercado existe uma variedade muito grande de vidros desenvolvidos para atender às necessidades requeridas por determinado projeto. São vidros resultantes de processos de fabricação mais simples ou outros que incorporam processos de fabricação mais complexos, podendo ainda ser associados à introdução de materiais que auxiliam no controle energético da edificação.

47 27 Existem diversas formas de se classificar os vidros: de acordo sua composição, técnicas de fabricação, tipos de processamento e de tratamentos. Segundo Caram (1998, p. 18) os principais tipos de vidros disponíveis no mercado, para uso na construção civil, são o vidro estirado, o vidro impresso e o vidro plano. O vidro estirado normalmente é encontrado em espessura de 3 mm. É indicado para vãos em caixilhos de pequenas dimensões em portas e janelas. São vidros que não recebem nenhum tipo de tratamento como têmpera, laminação e metalização. Pode-se encontrar este vidro em diversos tipos de colorações e incolor (Caram, 1998). O vidro impresso, também conhecido como vidro fantasia, tem a característica de ser um vidro plano translúcido, incolor ou colorido, que recebe a impressão de padrões como martelado, miniboreal, canelado e outros desenhos ornamentais. É indicado para locais onde se necessita de uma barreira visual sem diminuição da luminosidade. Este vidro pode ser submetido à têmpera e à laminação. São encontrados em espessuras de 4 mm a 10 mm (CEBRACE, 2010). O vidro plano, também denominado de vidro float, possui espessura uniforme e massa homogênea. Pode ser transparente, incolor ou colorido. Este vidro não apresenta distorção óptica, e possui alta transmissão de luz. É também utilizado como matéria-prima para processamento de todos os demais tipos de vidros utilizados na construção civil, pode ser: laminado, temperado, curvo, serigrafado e utilizado em duplo envidraçamento (CEBRACE, 2010). Os principais tipos de processamentos a que o vidro plano e o vidro impresso podem ser submetidos são: a têmpera, a laminação e a metalização (CARAM, 1998). O processo da têmpera consiste em submeter o vidro plano ou impresso a um tratamento térmico, no qual é aquecido e resfriado rapidamente, o que o torna mais rígido e mais resistente à quebra (CARAM, 1998). O vidro é temperado, em caso de quebra, apresenta pontas e bordas menos cortantes, fragmentando-se em pequenos pedaços arredondados. O vidro temperado também pode ser utilizado como matéria prima no processo de laminação. O vidro temperado está disponível no mercado com espessuras de 4 a 10 mm e é muito utilizado para fechamentos de aberturas, janelas, portas e divisórias, box de banheiros e na composição de fachadas.

48 28 No processo de laminação o vidro laminado é o resultado da conjugação de duas ou mais placas de vidro intercaladas por uma película plástica PVB (Polivinil Butiral) incolor ou colorida, de grande resistência aos principais tipos de esforços físicos e mecânicos a que o vidro pode ser submetido. O vidro laminado é encontrado em diversas espessuras, podendo chegar até a 60 mm quando for necessário aumentar a sua resistência e formar uma barreira mecânica para resistir a balas de revólver e metralhadoras. O vidro laminado é indicado para coberturas, fachadas, sacadas, guarda-corpos, portas, janelas, divisórias, vitrines, pisos, escadas e outros, pois em caso de quebra, os cacos ficam presos na película de PVB. O vidro laminado possui outros benefícios, tais como a redução da entrada de ruídos externos e a proteção contra os raios ultravioleta (CARAM, 1998; SAINT GOBAIN, 2010). No processo de metalização os vidros planos recebem a aplicação de uma camada metálica, composta por óxidos em uma de suas superfícies. Esses óxidos atribuem ao vidro desempenhos diferenciados quanto ao controle solar de transmissão, reflexão e de calor. Esses vidros são apresentados em várias cores e espessuras Os processos mais utilizados na metalização dos vidros são o pirolítico ou on line e metalizado a vácuo por sputtering ou off line. A diferença entre eles é que o primeiro processo ocorre ainda na linha de produção do vidro, quando uma camada refletiva é aplicada na face do vidro enquanto a placa de vidro ainda está quente e com sua superfície em estado plástico, os óxidos penetram na superfície e, ao resfriar o vidro, a camada refletiva torna-se resistente. No segundo processo, a camada refletiva é depositada em câmaras de alto vácuo, por bombardeio iônico e em atmosfera de plasma, depois do vidro pronto (SARDEIRO, 2007). O vidro refletivo obtido através do processo pirolítico é resistente à abrasão e pode ser temperado, curvado, laminado ou utilizado de forma monolítica, além de poder compor o duplo envidraçamento. Tanto laminado, quanto na composição do vidro duplo, este vidro pode ser instalado com a camada metalizada voltada para o interior ou para o exterior da fachada (SAINT GOBAIN, 2010). Além dos vidros supracitados, podem-se incluir os avanços tecnológicos mais recentes como, por exemplo, janelas com caixilhos duplos ou triplos, onde os vidros possuem películas de baixa emissividade (low-e), ou ainda caixilhos duplos ou

49 29 triplos com inserção de gás inerte em seu interior. Ainda, podem-se citar: sistemas holográficos de envidraçamento, materiais cromogênicos como dispositivos de cristais líquidos, vidros termocrômicos, fotocrômicos e eletrocrômicos Especificação de vidros em projetos de arquitetura Ao se especificar um vidro num projeto de arquitetura o projetista deve combinar pelo menos duas características básicas: Fator Solar (FS) mínimo e Transmissão Luminosa (TL) máxima (CARAM, 1998). Esta associação permite que se observe e se diferencie o comportamento da radiação solar incidente nos fechamentos transparentes de acordo com a região do espectro solar. Um vidro será mais adequado energeticamente quando minimizar a passagem de calor para dentro do ambiente (no verão) e maximizar o ganho de luz visível. As características óticas dos vidros por região do espectro permitem que se especifique o tipo de vidro visando o conforto ambiental e o desempenho energético da edificação. aram (1998, p. 107) ressalta que quase nunca será possível optar por um vidro que selecione somente o desejável e retire tudo o que se deseja evitar no ambiente, e que esta opção seja válida por todo o ano [...] A avaliação de alguns tipos de vidros e plásticos translúcidos, em termos de comportamento térmico e luminoso, realizada de acordo com suas características térmicas e luminosas, está disponibilizada no site da Universidade de São Paulo 1. Segundo estes parâmetros para um determinado tipo de vidro pode-se determinar a Eficiência Luminosa (EL) considerando-se a parcela líquida de luz medida na faixa visível (V) do espectro, sobre a transmissão total solar do mesmo. E para a determinação da Eficiência Térmica (ET), relaciona-se a parcela da transmissão na faixa infravermelho (IV) sobre a transmissão total. Como exemplo avaliou-se a EL e a ET de um vidro incolor com espessura de 6 mm. Como exposto anteriormente na Tabela 2, este vidro permite uma transmissão de 77% da radiação na faixa do infravermelho (IV). Para o caso de uma radiação incidente composta de 60% de radiação infravermelha, haveria uma concentração de 1

50 30 46% da energia total concentrada na faixa do infravermelho (IV), ou seja, 60% de 77% da energia total. Os valores de EL e ET são classificados como a, b e c, sendo: (a) 0,20 < EL < 0,40 0,00 < ET < 0,09 (b) 0,10 < EL< 0,19 0,10 < ET < 0,19 (c) 0,00 < EL< 0,09 0,20 < ET < 0,40 Na Tabela 4 relacionam-se alguns valores de eficiência luminosa (EL) e eficiência térmica (ET), em que são adotados os seguintes critérios de classificação: aa = ótimo, ab = bom, bb = regular, ac = bc = ruim, cc = péssimo. Tabela 4- Classificação de vidros conforme a eficiência luminosa e eficiência térmica Vidro float Espessura EL ET Classificação Incolor 4 mm a c ruim 6 mm a c ruim Cinza 4 mm c b ruim 6 mm c a ruim Bronze 4 mm b b regular 6 mm b b regular Verde 4 mm b a bom 6 mm b a bom Refletivo Incolor 6 mm c b ruim Refletivo prata 6 mm b b regular Refletivo cinza 6 mm b c ruim Refletivo bronze 6 mm c a ruim Refletivo verde 6 mm b a bom Laminado incolor 6 mm a c ruim Laminado cinza 6 mm b b regular Laminado bronze claro 6 mm b b regular Laminado bronze escuro. 6 mm c a ruim Laminado verde 6 mm a c ruim Laminado rosa 6 mm b b regular Laminado azul 6 mm a c ruim Fonte: Observa-se que em todos os vidros listados, nenhum obteve a classificação considerada como ótima, quando avaliados segundo os dois critérios. Os vidros que apresentaram o melhor desempenho foram: verde de 4 mm e 6 mm e o vidro refletivo verde de 6 mm.

51 FATORES DETERMINANTES NO DESEMPENHO ENERGÉTICO DE EDIFICAÇÕES O desempenho energético de edificações requer o estudo de diversas variáveis que permitem determinar o comportamento do edifício frente às questões de conforto. Dentre elas podem-se destacar as condicionantes climáticas locais, a tipologia da edificação, altura e forma, orientação e posicionamento e dimensões das aberturas e o tipo de vidro utilizado. Além destas variáveis, o entorno natural ou construído (sítio) e os aparelhos e equipamentos instalados dentro e fora da edificação são fatores que também vão influenciar no desempenho energético de uma edificação O vidro na envoltória das edificações A envoltória de uma edificação, também chamada de pele, deve atuar como um filtro entre as condições internas e externas, servindo de controle para a entrada de ar, calor, frio, luz, ruídos e odores (OLGAY, 2006). Como observam Corbella e Yannas (2009, p. 41), num clima tropical o principal resultado de um mau desempenho térmico e luminoso de uma edificação é o desconforto gerado pela forte intensidade luminosa e pelo calor produzido pela absorção da energia solar que atinge as superfícies dos edifícios. Givoni (1998, p. 108) destaca a importância das propriedades dos materiais utilizados na construção, em especial os empregados na envoltória do edifício, pois são eles que determinam as relações entre as temperaturas médias internas e externas e as trocas térmicas. Em edificações não condicionadas influenciam nas temperaturas internas, e nas edificações aquecidas ou refrigeradas por sistemas mecânicos, determinam a energia consumida pelo sistema para a manutenção das temperaturas internas dentro de uma zona de conforto. As áreas de vidro nas fachadas, além de contribuírem para definição das cargas de aquecimento ou resfriamento, também são indispensáveis no cálculo da admissão de luz natural através das aberturas laterais e zenitais (BROWN; DEKAY, 2007). Num projeto arquitetônico o projetista pode reduzir o ganho solar através de aberturas utilizando quatro opções: tamanho e orientação das aberturas; uso de

52 32 proteções internas (cortinas ou persianas); vidros especiais e proteções solares externas (KOENIGSBERGER et al., 1977). Caram (1998, p. 28) ressalta que o desenvolvimento e a pesquisa na área de novos materiais têm proporcionado opções de tipos de sistemas envidraçados que contribuem para o controle da perda ou de ganho do calor e luz, e que influenciam na eficiência energética. Dentre eles a autora destaca: janelas com caixilhos duplos ou triplos, nas quais os vidros possuem películas de baixa emissividade (low-e), vidros coloridos, vidros refletivos, caixilhos duplos ou triplos com inserção de gás inerte em seu interior Orientação e geometria das edificações Mascaró (1985, p. 21) ressalta a importância da orientação do edifício quanto à radiação solar recebida. Fachadas orientadas inadequadamente podem ter um aumento de até 150% da carga térmica, enquanto que uma orientação adequada representa menores consumos de energia. A orientação em função da radiação térmica está associada à latitude do local onde é implantado o edifício. Segundo Frota e Schiffer (2001, p. 84) quanto maior for a latitude do local menor será a quantidade de radiação solar recebida e consequentemente as temperaturas tenderão a ser menos elevadas. À medida que diminui a latitude, a orientação em função da radiação solar passa a ser um fator secundário nas medidas de racionalização do uso da energia. Já a orientação do edifício em função dos ventos dominantes favoráveis é fundamental para a obtenção de conforto e economia de energia (MASCARÓ, 1995). A orientação da fachada pode expor as aberturas de mesmas dimensões a quantidades de calor e iluminação distintas (LAMBERTS et al., 1997). O sol ao penetrar pelas aberturas ou atravessar materiais transparentes pode ocasionar, dentre outros fatores, ofuscamento, aquecimento de móveis, equipamentos ou causar desbotamento de tapetes e quadros (FROTA, 2004). A forma geométrica da edificação também influencia na carga térmica recebida. Olgay (2006, p. 87) define a forma ideal como aquela em que há menor ganho de calor no verão e a menor perda de calor no inverno. Mascaró (1985, p. 23) ressalta que a carga térmica recebida pela edificação será menor se as fachadas

53 33 principais estiverem nas posições Norte-Sul e com a forma alongada sobre o eixo Leste-Oeste. Além da orientação e da forma da edificação, o desempenho energético da edificação também é influenciado pela relação entre a área envidraçada e a área da fachada, também chamada de Window Wall Ratio (WWR), ou em português Percentual de Área de Abertura na Fachada (PAF). A determinação de um valor ótimo para WWR deverá ser realizado pontualmente para cada tipo de edificação e sua localização. Como observam Toledo et al. (1995) quanto maior a área envidraçada, maiores serão os ganhos térmicos pelas aberturas e consequentemente, o consumo por refrigeração. Analogamente, quanto menor a área envidraçada, maior será o consumo de energia elétrica para o sistema de iluminação artificial para compensar a falta da luz natural. Ghisi e Tinker (2005) avaliaram o potencial de poupança de energia com iluminação artificial, utilizando o conceito de Ideal Window Area. Uma das conclusões do trabalho foi sobre a orientação, em que a Ideal Window Area tende a ser maior sobre as orientações, cujo consumo de energia é menor devido à menor carga térmica solar atingindo a fachada. Esta por sua vez contribui com a diminuição de demanda de energia para a iluminação artificial, beneficiada pela contribuição da iluminação natural. Didone (2009) avaliou o impacto do uso da iluminação natural na redução do consumo de energia elétrica em edificações não residenciais, condicionadas artificialmente, na cidade de Florianópolis/SC, através do uso de simulação computacional. Utilizou o software Daysim para a análise anual de iluminação e o EnergyPlus para a verificação do desempenho energético das edificações. A partir da definição da tipologia predominante foram modeladas e simuladas diferentes salas de escritório. As salas foram representadas por um paralelepípedo ortogonal dividido em piso, paredes e teto, com a fachada frontal medindo 8m de largura e a profundidade variando em 4 m, 8 m e 16 m. Para a análise da influência da luz natural e do consumo de energia com relação à dimensão das áreas de janela, foram estabelecidas razões de abertura. Foram simulados casos com percentual de área de abertura na fachada (PAF) variando de 25%, 50% e 75% da área da parede.

54 34 Dentre as principais constatações pode-se destacar: Quanto à profundidade: percebeu-se que quanto mais profundo é o ambiente, maior é o consumo com iluminação artificial. Por serem ambientes iluminados unilateralmente, apenas a região próxima à abertura é provida de luz natural, deixando as regiões mais profundas com mais de 50% da área da sala insuficiente de iluminação natural durante todo o ano. As variáveis, porcentagem de abertura na fachada (PAF), fator solar (FS), e o ângulo de sombreamento vertical (AVS) e o ângulo de sombreamento horizontal (AHS) estão relacionados com a abertura e, de alguma forma, uma dessas variáveis sempre interfere na outra. Os resultados mostraram que através destas é possível controlar o ganho de calor e luz natural no ambiente, além de influenciar diretamente no consumo de energia. Quanto maior a porcentagem de abertura na fachada (PAF) e quanto maior o fator solar (FS), mais abundante é a luz natural admitida no ambiente e, em decorrência, menor é o consumo de energia com iluminação artificial. Quanto aos ângulos de sombreamento (AVS e AHS), apresentaram um comportamento inverso no consumo em relação às outras variáveis. Quanto maior é o ângulo de sombreamento, menos abundante é a luz natural no ambiente, consequentemente, maior é o consumo com iluminação artificial e menor é o consumo com ar condicionado, uma vez que as proteções solares diminuem as cargas térmicas Sombreamento e proteção solar de superfícies envidraçadas Olgay (2006, p. 67) alerta para a importância da orientação das fachadas envidraçadas, especialmente sob o ponto de vista da importância do sombreamento e da adoção de mecanismos protetores para estas superfícies. Conforme a orientação, haverá mais variações significativas em termos de ganho de calor, especialmente se estas se encontrarem nas orientações Leste e Oeste. Com um sombreamento adequado pode ser possível reduzir o impacto calorífico, e com a utilização de mecanismos protetores externos há um incremento na efetividade de até trinta e cinco por cento.

55 35 O uso de sombreamento com efeito protetor da radiação solar pode ser externo ou interno à edificação, sendo que em caso de vidros duplos pode se localizar entre os dois vidros. São elementos protetores as árvores, cercas vivas, beirais, pérgolas, venezianas, quebra-sol (brises), películas, persianas e cortinas. Supondo que a transparência do vidro é de cem por cento e a proteção opaca também de cem por cento, observam-se comportamentos diferentes. Na Figura 19 a superfície transparente com proteção externa a parcela do calor que penetra no ambiente é menor que no caso da Figura 20, que não possui proteção externa. Figura 19- Ganhos de calor através de parede transparente com proteção externa Figura 20- Ganhos de calor através de parede transparente sem proteção externa Fonte: Frota; Shiffer (2001, p. 47) A opção pelas proteções externas é uma forma eficiente e muitas vezes mais econômica de controle da radiação, pois serve como uma barreira para a radiação solar antes de ser transmitida para o interior da edificação. Com estas, pode-se reduzir a necessidade de isolamento térmico das paredes (MASCARÓ, 1985; FROTA; SHIFFER; 2001). A importância do uso de elementos de proteção em edificações é referenciado no trabalho de pesquisa de Mascarenhas et al. (1995). Este trabalho descreve a influência da tipologia de fachada e o desempenho energético e o consumo de energia em edifícios comerciais. No estudo foram estudadas 82 tipologias de edifícios comerciais na cidade de Salvador/BA. As tipologias foram classificadas

56 36 conforme o percentual de área envidraçada sobre a área total das fachadas (Svi). Consideraram-se quatro tipos de edificações: com envoltória pesada ( vi 20%), com envoltória média (20% < vi <40%), com envoltória envidraçada ( vi 40%) e edificações com envoltória protegida. Os resultados extraídos desta pesquisa indicaram uma maior aproximação entre os valores médios do consumo de energia das edificações de tipologia pesada e protegida. As edificações "envidraçadas" foram as que apresentaram menor desempenho energético, enquanto que as "pesadas" e as "protegidas" desempenhos energéticos mais interessantes. Quando considerados todos os casos, verificou-se que os valores médios de consumo energético das edificações envidraçadas estão na ordem de 50% acima das demais situações. No trabalho em questão, a constatação mais importante sobre a influência das proteções nas edificações é que os elementos de fachada servem de barreira à absorção e transmissão da radiação solar direta e difusa, reduzindo a necessidade do sistema de condicionamento de ar, embora elevem a carga necessária para a iluminação artificial. Apesar do aumento no consumo de energia elétrica pelo sistema de iluminação, a pesquisa permitiu constatar que as edificações protegidas apresentam os mais baixos consumos de energia por unidade de área, compatíveis com edificações de tipologia "pesada" e com menores áreas envidraçadas. Bulla (1995) realizou um trabalho de simulação computacional na cidade de Florianópolis/SC, utilizando para tanto o software DOE-2.1E. O estudo voltado para o desempenho energético de edificações comerciais analisou os parâmetros de coeficiente de sombreamento de janelas, razão entre área de janela e paredes, absortância de radiação de ondas curtas incidente e a transmitância térmica das paredes e cobertura. Os resultados mais significativos em relação ao consumo de energia foram obtidos em função da variação do tamanho das janelas e da variação do coeficiente de sombreamento que atingiram cerca 13% do consumo total, e a influência da absortância das paredes. Santana (2006) realizou um trabalho semelhante, onde analisou trinta e cinco tipos de edifícios de escritórios em Florianópolis/SC. Através de simulação computacional no software Energyplus foi avaliada a influência dos parâmetros construtivos, ocupação e o padrão de uso mediante o levantamento da utilização de

57 37 equipamentos, do sistema de iluminação e das variações do consumo energético do ar condicionado, para cada edificação. Dentre os resultados, os parâmetros mais representativos e que mais influenciaram no consumo energético das edificações foram: O percentual de área de janela, em que a cada 10% de aumento no percentual resultou um acréscimo de 2,9% no consumo de energia. A absortância das paredes também foi significativa sendo que a cada 10% de variação houve um aumento de 1,9% no consumo de energia. A alteração da cor clara e escura implicou um aumento de 15,1% no consumo energético. A utilização de proteção solar, tipo brises, também apresentou um resultado significativo em relação ao consumo energético, capaz de reduzir até 12% do consumo. Outra correlação importante foi o tipo de vidro utilizado na edificação e o consumo energético, onde a cada 0,1 de aumento no fator solar do vidro ocorre um acréscimo de 0,65% no consumo de energia. As maiores variações no consumo foram relativas à eficiência energética dos aparelhos de ar condicionado. A variação foi de 25,2% de um sistema mais eficiente para um menos eficiente. A cada 0,1 W/W de eficiência do aparelho, a variação do consumo foi de 1,6%.

58 CONFORTO AMBIENTAL O conforto ambiental pode ser entendido como a relação que o homem estabelece com seu meio ambiente. Esta relação depende daquilo que o meio possibilita em termos de luz, som, uso do espaço e das exigências pessoais de cada ser humano. Todos estes elementos incidem diretamente no corpo que, na busca do equilíbrio biológico, produz diversas reações físicas e psicológicas, podendo absorvê-los ou tentar neutralizar seus efeitos (VIANNA; GONÇALVES, 2007; OLGAY, 2006). Uma pessoa está confortável com relação a um acontecimento ou fenômeno quando pode observá-lo ou senti-lo sem preocupação ou incômodo, ou seja, em estado de neutralidade com relação a ele (CORBELLA; YANNAS, 2009) Conforto térmico O conforto térmico pode ser definido como o estado mental que expressa a satisfação com o ambiente térmico que o circunda (A HRAE tandart 55/2004, p. 2, tradução nossa). A insatisfação pode ser causada pelo desconforto sentido no corpo, seja por calor ou por frio. Segundo Fanger (1970, p. 13) nos locais onde os ambientes são modificados para a ocupação humana o objetivo é que o ambiente térmico esteja adaptado para que a maioria dos ocupantes sinta-se termicamente confortável. O autor ressalta que é impossível satisfazer ao mesmo tempo todos os ocupantes do ambiente, devido às características biológicas individuais. A manutenção do equilíbrio térmico entre o corpo humano e o meio ambiente é uma das principais exigências para a saúde, o bem-estar e o conforto (GIVONI, 1981). As trocas de calor entre o corpo e o meio ambiente acontecem através das trocas secas por convecção e radiação, condução, e pelas trocas úmidas, ou seja, através das perdas de calor pela evaporação do suor produzido pelo corpo (GIVONI, 1981, FROTA; SCHIFFER, 2001). O conforto térmico é influenciado pela interação entre o corpo e o ambiente circundantes. As principais variáveis que influenciam na condição de conforto

59 39 térmico são as variáveis humanas e as ambientais. As variáveis humanas são dadas pelo nível de atividade metabólica (met) e a resistência térmica da vestimenta (clo). As variáveis ambientais são: a temperatura do ar e a temperatura radiante média ( C ou K), a velocidade relativa do ar (m/s) e a umidade relativa do ar (%). (FANGER, 1970; GIVONI, 1981). Além dessas variáveis, a posição geográfica, o sexo, a idade, diferenças étnicas, hábitos alimentares, peso, altura e outros fatores, podem exercer influência nas condições de conforto de cada pessoa e portanto devem ser consideradas Índices de conforto térmico A avaliação das condições térmicas do ambiente requer o estabelecimento de critérios e valores de referência baseados em índices e escalas de conforto térmico. Estes índices expressam através de valores numéricos a relação entre a causa e efeito do comportamento humano frente às variações térmicas do ambiente (BARBOSA, 1997). As preocupações com o estabelecimento de critérios de conforto térmico para o homem são antigas, datam de final do século XIX. Ao longo dos anos várias experiências foram realizadas por pesquisadores com o objetivo de estabelecer índices e intervalos de conforto, também chamadas de zonas de conforto (RUAS, 1999). As primeiras propostas de índices de conforto térmico foram limitadas às combinações dos efeitos da temperatura do ar, umidade, velocidade do ar, e se destinavam à avaliação de conforto em pessoas em repouso ou em atividades sedentárias. Posteriormente, a temperatura radiante foi incorporada ao estudo, principalmente nos estudos de conforto térmico em fábricas e residências. Mais tarde ainda, os efeitos das taxas metabólicas, do vestuário e da radiação solar foram levados em consideração (GIVONI, 1981). Estudos recentes em conforto térmico procuram estimar respostas fisiológicas ao efeito combinado de fatores climáticos, atividades desenvolvidas e taxas de transpiração. O resultado desses estudos promoveu o desenvolvimento de diversos índices. Estes índices diferem em suas bases de abordagem, unidades, na forma de

60 40 expressar os efeitos combinados de vários fatores, no intervalo das condições de suas aplicações e na importância relativa atribuída a cada um dos fatores e suas independências (GIVONI, 1981). A aplicação dos índices de conforto sobre tipos de monogramas, cartas e diagramas, limita os parâmetros físicos e definem o domínio no qual se estabelecem as zonas de conforto. As cartas bioclimáticas consistem em uma associação de informações do comportamento climático do entorno, da previsão de estratégias indicadas para a correção desse comportamento climático por meio do desempenho esperado da edificação, e a zona de conforto térmico. Exceto a carta de Olgay (OLGAY, 2006) as cartas bioclimáticas são montadas sobre uma carta psicrométrica. Baseando-se no estudo realizado por Bogo et al. (1994), sobre a proposta de zonas de conforto para o Brasil, a carta que melhor se aplica às condições locais é a carta bioclimática de Givoni. Nessa carta estão demarcadas diferentes áreas que indicam limites para as condições climáticas, dentro das quais se sugerem estratégias de projeto para edificações com o objetivo de garantir o conforto térmico. As estratégias apresentadas referem-se ao uso de ventilação, resfriamento evaporativo, massa térmica para resfriamento, ar-condicionado, umidificação, inércia térmica para resfriamento e para aquecimento solar passivo e aquecimento artificial, com ou sem ventilação, resfriamento evaporativo direto e indireto (GOULART et al., 1998). Os limites de conforto sugerido por Givoni para os habitantes de países de clima temperado (países desenvolvidos) são de 18 C a 25 C no inverno e de 20 C a 27 C no verão. Para os habitantes de clima quentes (países em desenvolvimento) Givoni sugere elevar 2 C a temperatura limite máxima e também 2 g/kg o valor do conteúdo de vapor. Os limites sugeridos por Givoni para a zona de conforto térmico de países em desenvolvimento com clima quente podem ser resumidos em (NETO, 2003): Verão com baixa umidade, temperaturas diárias devem estar compreendidas na faixa de 25 C a 29 C;

61 41 Verão com alta umidade, temperatura diárias devem estar compreendidas na faixa de 25 C a 26 C, podendo chegar a 32 C com ventilação de 2,0 m/s; Inverno a variação da temperatura diária deve situar-se na faixa de 18 C a 25 C; Os limites da zona de conforto para a umidade são de 4 g/kg a 17 g/kg e 80% de umidade relativa. A Figura 21 é um exemplo de Carta psicrométrica traçada para Cuiabá e elaborada através do software AnalysisBio A carta foi gerada com a inserção do arquivo de dados com extensão *.csv (comma separated values), elaborado por Miranda et al. (2010). Este arquivo climático foi elaborado com a conversão e processamento dos dados climáticos contidos no arquivo Typical Meteorological Year (TMY) para a cidade de Cuiabá, BRA_Cuiaba_Marechal.Ron epw, e disponível no site do SWERA (2010) _region_3/bra_cuiaba-marechal.ron _swera.epw

62 42 Figura 21- Carta psicrométrica de Cuiabá Fonte: Miranda et al. (2010) Com essas indicações sobre o clima local, o projetista pode decidir sobre as estratégias para a adequação do projeto das edificações, a fim de se obter melhores condições de conforto térmico ao longo do ano. A Tabela 5 apresenta o relatório das estratégias. Tabela 5- Relatório das estratégias bioclimáticas para Cuiabá Ano Climático Típico (TMY) horas Conforto 25,8% Desconforto 74,10% 2. Ventilação 52.4% 3. Resfriamento Evaporativo 18.7% Por Calor 4. Alta Inércia p/ Resfriamento 18.7% 68,5% 5. Ar Condicionado 7.72% 6. Sombreamento 92% 7. Alta Inércia e Aquecimento Solar 4,83% Por Frio 8. Aquecimento Solar 0,65% 5,62% 9. Aquecimento Artificial 0,13% Data inicial: 01/01 - Data final: 31/12 Fonte: Miranda et al. (2010)

63 Normas relacionadas ao conforto térmico No Brasil, inexistem normas específicas que se referem ao conforto térmico em ambientes. O Ministério do Trabalho e a Agência Nacional de Vigilância Sanitária estabelecem por meio de Normas Regulamentadores (NR) e Resoluções (RES) parâmetros que visam assegurar aos trabalhadores condições de conforto, qualidade do ar e segurança nos ambientes de trabalho. Destacam-se: NR 17/1978 Ergonomia, a NR 15/1978 Atividades e operações insalubres, e a RES 9/2003 que determina padrões de referência de qualidade do ar interior, em ambientes climatizados artificialmente de uso público e coletivo. A NBR 16401/2008 Instalações de ar-condicionado Sistemas centrais e unitários - Parte 2: Parâmetros de conforto térmico embora direcionada para sistemas de condicionamento de ar utilizam como referência os parâmetros e as recomendações da ASHRAE, relacionadas com a definição de uma zona de conforto Internacionalmente as normas mais utilizadas como referência são as editadas pela International Organization for Standardiziation (ISO), e pela American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE): ISO 7726/1996 Ambientes térmicos Instrumentos e métodos para medições das quantidades físicas; ISO 7730/2005 Ergonomia dos ambientes térmicos Determinação analítica e interpretação de conforto térmico pelo método de calculo do PMV e PPD, índices locais e critérios de conforto térmico; ISO 8996/2004 Ergonomia do ambiente térmico - Determinação da produção de calor metabólico; ISO 9920/2007 Ergonomia de ambientes térmicos Estimativa de isolamento térmico e resistência evaporativa de um traje de roupas; ASHRAE Standard 55/ Ambientes térmicos Condições para ocupação humana. Segundo a ASHRAE (2009, p ) os índices Predicted Mean Vote, PMV, e o Predicted Percetage Dissatisfied, PPD, adotados pela norma ISO 7730/2005 são amplamente aceitos para uso em projetos e avaliações das condições de conforto em ambientes internos, principalmente escritórios e residências, desde que sejam

64 44 observados alguns limites para as condições ambientais e humanas. O PMV é válido para prever as reações de conforto térmico de pessoas vestidas normalmente com trajes comuns para ambientes internos e que estejam desenvolvendo atividades sedentárias de níveis metabólicos baixos ou moderados, em ambientes em estado estacionário (ISO 7730/2005). Os índices PMV e PPD da norma ISO 7730/2005 baseiam-se nos estudos do dinamarquês, Ole Fanger, publicado em O método apresentado por Fanger (1970) foi desenvolvido na formulação de uma equação de conforto térmico que correlaciona os parâmetros físicos de um ambiente, temperatura do ar, temperatura radiante média, velocidade do ar e umidade do ar, e parâmetros pessoais como atividade desempenhada e a vestimenta das pessoas. A sensação térmica é estimada através do cálculo do Voto Médio Predito também chamado de Predicted Mean Vote (PMV). O índice PMV baseia-se no balanço térmico do corpo humano, quando o calor produzido pelo corpo é igual ao calor perdido para o ambiente. O PMV é um índice que prevê o valor médio de um grupo de pessoas segundo uma escala de sensações de 7 pontos: Muito quente Quente Levemente quente Neutro Levemente frio Frio Muito frio A norma recomenda o uso do índice PMV somente para valores de PMV que estiverem compreendidos no intervalo de -2 e +2. Também recomenda-se que os seis parâmetros estejam dentro destes intervalos: Taxa metabólica (M) = 0,46 W/m² até 232 W/m² (0,8 met até 4 met); Resistência térmica para vestimentas (Icl) = 0 m² C/W até 0,310 m² C/W (0 clo até 2 clo); Temperatura do ar (Tar) = 10 C até 30 C; Temperatura radiante média (Trad) = 10 C até 40 C;

65 45 Velocidade do ar (Var) = 0 m/s até 1 m/s; Pressão atmosférica (Pa) = 0 Pa até 2700 Pa. O cálculo do PMV pode ser realizado fazendo uso de programas computacionais ou por meio do Anexo C da norma ISO 7730/2005, onde se encontram tabelas com diferentes combinações de atividades, vestimentas, temperatura operante e velocidade relativa. A norma também descreve o cálculo dos índices em percentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente, PPD (Predicted Percetage Dissatisfied), e das pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais frio ou mais quente. Através dos índices de PMV e PPD é possível avaliar a percentagem de pessoas insatisfeitas devido às correntes de ar e às condições de aceitabilidade térmica de um ambiente. A Figura 22 ilustra a relação da porcentagem de pessoas insatisfeitas, PPD, com o PMV. Figura 22- Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do PMV Fonte: ISO 7730/2005 Por causa das diferenças pessoais, é impossível que um ambiente seja termicamente confortável para todos, pois sempre haverá uma porcentagem de pessoas insatisfeitas. A insatisfação pode ser causada pelo desconforto provocado

66 46 pelo frio ou pelo calor. O desconforto também pode ser local, causado pela diferença de temperatura entre cabeça e pernas, pelo piso quente ou frio, pela assimetria da temperatura radiante, pela alta taxa metabólica ou ainda pela vestimenta. Segundo a norma ISO 7730/2005 é possível projetar ambientes que sejam aceitáveis para a maioria dos ocupantes. No Anexo D da referida norma estão especificados requisitos para a obtenção do conforto térmico com 90% de aceitabilidade dos ocupantes e prevendo que 85% dos ocupantes não estejam insatisfeitos por correntes de ar. Recomenda-se que o PPD seja abaixo de 10%, e o PMV esteja compreendido no intervalo de - 0,50 < PMV< + 0, Conforto luminoso O conforto luminoso, ou visual, pode ser entendido como um conjunto de condições, num determinado ambiente, que proporcione ao ser humano desenvolver as suas tarefas visuais, com o máximo de acuidade e precisão visual, com menores riscos à saúde e a acidentes (LAMBERTS et al., 1997). A resposta fisiológica do usuário é o primeiro nível de avaliação de conforto luminoso. Quanto menor for o esforço de adaptação do indivíduo, maior será sua sensação de conforto (OSRAM, 2010). As condições de conforto visual para a realização de qualquer tarefa em um ambiente estão relacionadas a uma série de fatores. Segundo Vianna e Gonçalves (2007) alguns pontos são fundamentais na relação homem/ambiente, entre eles: a vista e a visão, a tarefa visual que será desenvolvida, campo visual do homem, nível de iluminação, luminância e contrastes e perturbações visuais (ofuscamento) Fatores que influenciam o conforto luminoso A vista e a visão A boa visão depende da qualidade da vista, ou seja, das propriedades do olho humano. As principais propriedades do olho são: a seletividade, a sensibilidade, a percepção das cores, acomodação, acuidade, cores e adaptação (VIANNA; GONÇALVES, 2007, p. 91).

67 47 Seletividade: a retina é sensível apenas as radiações que estão entre 0,38 e 0,78 microns. Sensibilidade: depende do comprimento de onda, sendo maior para as corres amarelo- esverdeado e menor para as cores roxo e violeta. Percepção das cores: é a sensação causada pelos comprimentos de ondas entre 0,38 a 0,78 microns. Acomodação: é a capacidade que o olho tem de ajustar-se às distâncias de um objeto. Acuidade: é a capacidade do olho em reconhecer com nitidez e precisão os detalhes do objeto. Cores: os olhos são sensíveis na percepção das cores e das suas diferentes luminosidades. Adaptação: é a capacidade que o olho tem de ajustar-se às diferentes luminâncias dos objetos. Tarefa visual O campo visual é muito importante para a percepção da tarefa visual. A precisão da tarefa visual depende dos detalhes a serem distinguidos, dos contrastes de luminâncias e cor dos detalhes, da velocidade e do cuidado no desempenho da tarefa, e o tempo de duração das tarefas (VIANNA; GONÇALVES, 2007). Campo visual O campo de visão do ser humano envolve a percepção visual central e periférica, e está limitada de 110 a 130 no sentido vertical e de 160 a 180 no sentido horizontal (VIANNA; GONÇALVES, 2007). Iluminância A iluminação de um ambiente é um fator importante a ser considerado. Quanto mais elevada a exigência visual da atividade e maior a idade do usuário, maior deverá ser o valor de iluminância.

68 48 A iluminância (E) é o fluxo luminoso (lumens) de uma fonte de luz que incide sobre uma superfície, situada a certa distância da fonte, por unidade de área (m 2 ) (OSRAM, 2010). Esta grandeza luminosa é dada em lux. Segundo Vianna e Gonçalves (2007, p. 78) alguns estudos demonstram que existe um limite quantitativo para a iluminância. Para níveis por volta de 2000 lux, qualquer aumento não contribuiria para melhora da acuidade visual. A norma brasileira, NBR 5413/ Iluminância de interiores estabelece valores de iluminâncias médias mínimas para iluminação artificial em locais onde se realizam atividades comerciais, escolares, hospitalares, industriais e outras. Além do nível de iluminância, conforme a classe de tarefas visuais, para o uso adequado da iluminância, deve-se considerar os fatores de idade, velocidade e precisão, refletância do fundo. Luminâncias Os raios de luz não são visíveis a menos que sejam refletidos em uma superfície e transmitam a sensação de luminosidade aos olhos (OSRAM, 2010). A luminância é a intensidade luminosa produzida ou refletida por uma superfície aparente. A luminância pode ser considerada como a medida física do brilho de uma superfície iluminada ou de uma fonte de luz, sendo através dela que os seres humanos enxergam. Os objetos refletem a luz de forma diferente, conforme suas cores e materiais, o que explica porque a mesma iluminância pode gerar luminâncias diferentes. A unidade que expressa essa grandeza é a candela por metro quadrado (cd/m²) para superfícies. Contrastes Contraste é a diferença entre a luminância de um objeto e a luminância do seu entorno. Diferenças de luminância significam contraste de cores (VIANNA; GOLÇALVES, 2007). A sensibilidade ao contraste melhora com o aumento da luminância, que é função da iluminação, até certo limite, com risco de ocorrer ofuscamento. A

69 49 avaliação de contrastes pode ser simplificada observando as taxas de proporção de luminância na Tabela 6 (LAMBERTS et al., 1997). Tabela 6- Taxas de proporção de luminâncias Proporção Relação Entre tarefa e o entorno imediato 3:1 Entre a tarefa e superfícies mais afastadas 10:1 Entre a tarefa e superfícies claras mais afastadas 0,1:1 Entre a fonte de luz (natural ou artificial) e superfícies adjacentes 20:1 Máximo contraste em qualquer parte do campo de visão 40:1 Fonte: Lamberts et al. (1997, p. 46) Ofuscamento O fenômeno do ofuscamento se dá quando ocorre uma variação muito grande de iluminação e/ou, a uma velocidade muito grande, que provoca o desconforto visual e a redução na capacidade de visualização dos objetos. O ofuscamento pode ocorrer devido a dois efeitos, contraste e saturação. Quando provocado pelo contraste, a proporção entre as luminâncias de objetos do campo visual é maior que 10:1. Já aquele devido à saturação, ocorre quando há excesso de luz incidindo sobre o olho, normalmente quando a luminância média do ambiente excede cd/m² ( LAMBERTS et al., 1997). O ofuscamento pode ser classificado como desconfortável ou perturbador e inabilitador. O ofuscamento inabilitador, de natureza mais severa, impede que uma tarefa visual seja desenvolvida, podendo em determinadas situações, constituir-se em risco para a integridade física, devido à possibilidade de ocorrência de acidentes Normas relacionadas à iluminação de ambientes No Brasil existem normas que são referência para a quantificação e avaliação das condições de iluminação. Estas normas abrangem a iluminação natural e artificial. As normas que estabelecem os níveis de iluminância para os ambientes internos são: NBR 5461/1991 Iluminação: terminologia e NBR 5413/1992 Iluminação de interiores e a NBR 15575/2009 Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos: Desempenho Parte 1

70 50 A quantificação da iluminação natural de um ambiente é apresentada pela norma brasileira ABNT NBR 15215/2005, dividida em quatro partes. Essas partes que compõem a norma são: NBR Iluminação natural Parte 1: Conceitos e definições; NBR Iluminação natural Parte 2: Procedimentos de cálculos para a estimativa da disponibilidade de luz natural; NBR Parte 3: Procedimento de cálculo para a determinação da iluminação natural em ambientes internos; NBR Parte 4: Verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações Método de medição.

71 51 3 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O estudo apresentado nesta dissertação trata da avaliação das condições do ambiente ocupado, em suas variantes térmicas e luminosas relacionadas com a satisfação das pessoas que ocupam uma edificação. Nesse contexto, a caracterização dos fatores climáticos do local é fundamental para se estabelecer diretrizes para realizar a avaliação de desempenho da edificação, pautando-se também na bioclimatologia. 3.1 CARACTERÍSTICAS DO CLIMA DE CUIABÁ Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso e também o Centro Geodésico da América do Sul, localiza-se na latitude ul 15º e 56º05 48 para longitude Oeste. A área total do município é de 3.538,17 km² (PREFEITURA MUNICIPAL DE CUIABÁ, 2010). A geomorfologia do município é composta pela Chapada dos Guimarães na maior parte, e pelo Planalto da Casca e a Depressão Cuiabana. O predomínio é de baixas altitudes que variam entre 145 a 245 metros (PREFEITURA MUNICIPAL DE CUIABÁ, 2010). O clima de Cuiabá segundo Koeppen é classificado como Aw, do tipo tropical quente e semi-úmido, com verão úmido e inverno seco (DUARTE, 1995). Segundo o IBGE (1994), na classificação do clima, Cuiabá está situada na zona climática Tropical Brasil Central e apresenta um clima quente semi-úmido, caracterizado por quatro a cinco meses de seca, ilustrado na Figura 23.

72 52 Figura 23- Mapa de climas do Brasil Fonte: Adaptado de IBGE (1994) A primavera e o verão são as estações que apresentam as temperaturas mais elevadas. A característica mais marcante é a frequência diária de temperaturas altas, sendo que nos meses de setembro e outubro ocorrem as maiores máximas, entre 30 ºC e 36 ºC, podendo apresentar temperaturas superiores a 40 ºC. As temperaturas no inverno são um pouco mais amenas ocasionadas pela entrada de ventos frios da massa de ar polar atlântica que avança pelos Andes argentinos e bolivianos e atinge o Centro-Oeste. Estas baixas temperaturas são chamadas friagens, apresentando curtas durações (DUARTE, 1995). Destaca-se que as ondas de frio que chegam a Cuiabá não são as mesmas que atingem a região Sul, pois estas são desviadas frequentemente para o nordeste por causa do relevo litorâneo. Em função da temperatura identificam-se três períodos distintos: estação seca e mais fresca, no inverno; uma estação seca e a com temperaturas maiores (quente), que ocorre pouco antes das chuvas e, por último, um período úmido e quente, sentidas durante as chuvas, no verão (DUARTE, 1995).

73 53 A precipitação média anual é de aproximadamente 1500 mm, sendo os meses de dezembro, janeiro e fevereiro os mais chuvosos. No período de maio a agosto o índice de umidade atinge níveis críticos, chegando a ficar abaixo de 15%. As precipitações pluviométricas são mais frequentes no período de novembro a março, verão, apresentando em torno de 70% das chuvas acumuladas no período, e o inverno é a estação mais seca. De acordo com Duarte (1995, p. 86) a variação diária da umidade é geralmente inversa à variação da temperatura, mas com amplitude semelhante. A umidade máxima ocorre no nascer do sol, e a mínima às 14 horas, sendo a amplitude menor no inverno e maior no verão. A direção predominante dos ventos é norte e nordeste durante a primavera e verão, e sul e sudoeste no inverno. A velocidade média dos ventos medidos a 10 metros de altura é de 3,427 m/s (SANTANA et al., 2008, p. 157). Segundo Campelo Jr. et al. (1991, p. 548), apesar da velocidade do vento predominante ser relativamente baixa, ocorre rajadas de vento de curta duração. Maitelli (1994, p. 115), observa que a estação seca em Cuiabá é o período mais estável do tempo, com ventos fracos e moderados, noites claras e céu limpo. Por causa da topografia suave e circundada por chapadões, a ventilação na área urbana é fraca, com velocidade média do vento pouco superior a 1,5 m/s no período noturno. As maiores velocidades médias ocorrem por volta das 14 horas com ventos de até 2,6 m/s no inicio da estação chuvosa. Os dados climatológicos de Cuiabá apresentados na Tabela 7, evidenciam as médias mensais para as temperaturas médias, máximas e mínimas, precipitações e umidades relativas do ar para a cidade de Cuiabá. Os dados foram obtidos pela Rede Meteorológica do Comando da Aeronáutica, REDEMET, localizada no aeroporto Marechal Rondon, em Várzea Grande/MT, para o período compreendido de 1981 a 1990.

74 54 Tabela 7 Tabela de dados climatológicos de Cuiabá Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Temp. Med.( C) 27,4 27,2 27,2 27,2 25,8 24,1 24,1 25,9 26,7 28, ,6 Temp Max.( C) 32,6 32,6 32,6 32,7 31,6 30,3 31,1 33,0 32,9 34,1 33,6 32,8 Temp. Min.( C) 23,7 23,3 23,5 23, ,8 17,8 19,7 21,1 23,3 23,7 23,7 Precip. (mm) ,4 173, ,6 17,2 16,9 18,3 64,9 91,6 136,9 149 U. R (%) Fonte: REDEMET (2010) Leão (2007) analisou dados da nebulosidade em Cuiabá num período de 15 anos ( ) e verificou que a média anual da parcela do céu coberta por nuvens está abaixo de 50%. De acordo com o gráfico de nebulosidade média, apresentado na Figura 24, numa escala de 1 a 10 a nebulosidade média mais baixa ocorreu no mês de agosto com 1,55 e o mês de janeiro apresentou média mais elevada com 6,9. Os meses de maio a outubro apresentaram média de nebulosidade menor que 5, ou seja, o céu esteve mais limpo. Esta situação é compatível com características do período de inverno seco em Cuiabá. No verão, período chuvoso na região, a média da nebulosidade esteve acima de 50%. Figura 24- Nebulosidade média em Cuiabá Fonte: Leão (2007, p. 105) Em função da latitude pode-se traçar a carta solar para Cuiabá (FROTA, 2004). Com auxilio do software Sol-Ar 6.2 e o arquivo TMY elaborado com a conversão e o processamento do arquivo dos dados climáticos do arquivo BRA_Cuiaba_Marechal.Ron epw (SWERA, 2010), determina-se os períodos de maior insolação e intensidade de radiação incidente (W/m²) sobre as superfícies conforme o dia e horário em datas específicas.

75 55 A Figura 25 apresenta uma carta solar para Cuiabá. Observa-se nesta carta, que nos horários das 7h30min as 15h00min a radiação é mais intensa, notadamente no intervalo de 9h00min as 13h00min e nas orientações Leste - Nordeste e Oeste - Noroeste. Figura 25- Carta solar para Cuiabá Fonte: Sol-ar DIRETRIZES DE PROJETO PARA O CLIMA LOCAL É importante registrar que, na ausência de uma norma específica para o estudo aqui abordado, faz-se uso das normas existentes em vigor no país. São elas: NBR / Desempenho térmico de edificações, Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social, e a norma NBR 15575/2008 Edificações de até cinco pavimentos. Estas normas fornecem algumas recomendações de diretrizes construtivas, estratégias de condicionamento térmico passivo para projetos de arquitetura visando melhorar o desempenho energético das edificações e métodos de avaliação do desempenho térmico das edificações.

76 56 A Norma da ABNT NBR / Zoneamento Bioclimático Brasileiro, propõe a divisão do território brasileiro em oito zonas bioclimáticas relativamente homogêneas quanto ao clima, Figura 26. Segundo a norma, a cidade de Cuiabá está inserida na Zona Bioclimática 7, como ilustra a Figura 27. Figura 26- Zoneamento bioclimático brasileiro Figura 27- Zona 7 Fonte: NBR /2005 Para cada zona bioclimática existe um conjunto de recomendações técnicoconstrutivas que visam otimizar o desempenho térmico da edificação e proporcionar conforto térmico aos seus ocupantes, através da melhor adequação climática da construção. Essas recomendações para aberturas, paredes e coberturas segundo a NBR 15220/2005, estão apresentadas na Tabela 8, a seguir:

77 57 Tabela 8- Recomendações de projeto para a zona bioclimática 7 Recomendações Aberturas para ventilação e Aberturas para ventilação Pequenas sombreamento das aberturas Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas Tipos de vedações externas Parede Pesada Cobertura Pesada Estratégias de condicionamento térmico passivo H) Resfriamento evaporativo e massa térmica para resfriamento Verão J) Ventilação seletiva (nos períodos quentes em que a temperatura interna seja superior à externa) Os códigos H e J são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o zoneamento bioclimático do Brasil Fonte: Adaptado da ABNT, NBR (2005, p. 9) Complementando as recomendações da NBR /2005, o Anexo C da referida norma apresenta as diretrizes construtivas relativas às aberturas para ventilação, e valores máximos admissíveis para a transmitância térmica, atraso térmico e fator solar para as paredes externas e coberturas. Assim são consideradas: como aberturas pequenas as que possuem a área de abertura entre 10% a 15% da área do piso; paredes pesadas com valores de transmitância térmica (U) menor ou igual a 2,20 W/m². K; atraso térmico (υ) maior ou igual a 6,5 horas e fator solar (FS) menor ou igual a 3,5%; coberturas com valores de transmitância térmica (U) menor ou igual a 2,00 W/m². K; atraso térmico (υ) maior ou igual a 6,5 horas e fator solar (FS) menor ou igual a 6,5%. A NBR 15575/ Edifícios Habitacionais de até cinco pavimentos estabelece três procedimentos normativos de avaliação da adequação de habitações segundo as características bioclimáticas definidas na NBR e o desempenho térmico do edifício conforme o seu comportamento interativo entre fachada, cobertura e piso. O Procedimento 1 Simplificado, de verificação do atendimento dos requisitos e critérios para fachadas e coberturas para as edificações localizadas na Zona 7 referem-se às propriedades térmicas transmitância térmica e capacidade térmica de paredes externas e coberturas, áreas para aberturas de ventilação e sombreamento de aberturas. Os valores máximos admissíveis são apresentados na Tabela 9.

78 58 Tabela 9- Critérios mínimos de desempenho segundo a NBR 15575/2008 Transmitância Térmica (U) (W/m². K) Capacidade Térmica Área Mínima para Ventilação α 0,60 α > 0,60 (kj / m². K) (%) Paredes Externas U 3,7 U 2,5 C > 130 A 5 Cobertura U 2,3 α - absorbância à radiação solar para superfícies externas da parede A - porcentagem da área do piso Fonte: NBR /2008 e NBR /2008 O Procedimento 2 Simulação, e o Procedimento 3 Medição, avaliam o desempenho térmico de uma edificação na Zona 7, no verão, segundo os níveis de desempenho mínimo, médio e superior conforme as diferenças de temperaturas máximas externas e internas, estabelecidas na Tabela 10. Tabela 10- Critério de avaliação de desempenho térmico para o verão Mínimo (M) T interna máxima T externa máxima Intermediário (I) T interna máxima (T externa máxima 2 C) Superior (S) T interna máxima (T externa máxima 4 C) Fonte: NBR /2008

79 59 4 MATERIAIS E MÉTODOS Com o objetivo de adequadamente planejar e definir a realização dos trabalhos de campo, este capítulo está destinado à identificação da edificação, foco do estudo, e à descrição dos procedimentos utilizados nos trabalhos de medição, incluída a definição dos equipamentos utilizados na pesquisa e os métodos para a obtenção dos índices para avaliação do desempenho e do conforto térmico e luminoso. O start para a realização dos trabalhos foi a definição do tipo de estudo a ser realizado e concomitantemente a escolha do objeto de estudo, que, como mencionado anteriormente, está voltado para a avaliação do desempenho térmico e do conforto térmico e luminoso de uma edificação de escritórios, público, com características arquitetônicas contemporâneas e cujo material predominante na envoltória fosse o vidro. Assim sendo, a escolha do local área de estudo recaiu sobre uma edificação pública localizada na Cidade de Cuiabá, que abriga o Tribunal Regional do Trabalho 23ª Região do estado de Mato Grosso. No processo de análise e seleção da edificação, além das características arquitetônicas mencionadas, acrescentam-se algumas informações obtidas in loco e numa publicação do próprio Tribunal Regional do Trabalho sobre as características do complexo de edifícios, que apontaram tratar-se de ambientes adequados para execução do estudo. Podem-se citar como pontos de maior destaque para a escolha do prédio da Corte do TRT os aspectos arquitetônicos e materiais utilizados, e de outro, a solução para o condicionamento dos ambientes, em tese, com técnicas e equipamentos de última geração para a época. A publicação mencionada traz como título omplexo ede: do sonho à realidade. Destaca que o projeto arquitetônico, iniciado em 1994, e os projetos complementares elaborados para as edificações do TRT [...] impuseram características tão modernas ao complexo, que ainda hoje, mais de 10 anos após a sua concepção, ainda são bastante inovadoras no mercado da construção civil. (JUSTIÇA DO TRABALHO, 2006, p. 13). Sobre o tipo de vidro empregado o texto diz: [...] foram especificados para refletir grande parte dos raios ultravioleta,

80 60 reduzindo, assim, a temperatura no interior dos prédios, objetivo primordial na região. (ibid., p. 45). É nesse contexto que se justifica a escolha do edifício como objeto do estudo apresentado nesta dissertação, uma vez que possibilitou a avaliação de distintos aspectos da edificação, relacionadas com as condições ambientais existentes e a adequação arquitetônica do projeto ao clima local, bem como o desempenho dos materiais e tipo de envoltória adotada. Paralelamente, buscou-se o conhecimento das condições climáticas locais que permitissem, na etapa correspondente do estudo, a avaliação e comparação com desempenhos estabelecidos como padrões recomendáveis em termos de conforto ambiental. Dando sequência, foram definidas as normativas ou recomendações relacionadas com investigações conforme a proposta deste trabalho, para então estabelecer a abordagem e ferramentas a fim de efetuar os levantamentos experimentais necessários, bem como a definição dos recursos que seriam utilizados. 4.1 IDENTIFICAÇÃO DA EDIFICAÇÃO A escolha da tipologia para estudo pautou-se em pontos como o padrão de ocupação, utilizar o vidro como principal elemento de fechamento nas fachadas e na cobertura, além do acesso à edificação e as informações técnico-construtivas. A edificação selecionada para o trabalho foi o prédio da Corte do Complexo da Justiça do Trabalho, 23ª Região, localizado no Centro Político Administrativo, na Avenida Rubens de Mendonça, na cidade de Cuiabá/MT, apresentado na Figura 28.

81 61 Figura 28- Complexo judiciário do TRT 23ª Região Fonte: O complexo judiciário do TRT, 23ª Região, é composto por três edifícios. Dois edifícios semelhantes de seis andares que abrigam as nove varas e os setores administrativos do judiciário e outro edifício menor, chamado de Corte, composto por dois andares e de acesso mais restrito, pois abriga os gabinetes dos desembargadores da segunda instância. Neste complexo judiciário, o prédio da Corte ocupa posição de destaque. O edifício possui fachadas semelhantes, tanto na forma geométrica quanto nos materiais de revestimento externos. Estas podem ser vistas na íntegra tanto por quem passa pela avenida como pelas ruas laterais. Não existe nenhum tipo de obstáculo que interfira na plena visualização da edificação, como se observa na Figura 29. Figura 29- Vista aérea do complexo do TRT e da Corte Fonte: Google Earth

82 62 O prédio da Corte é uma edificação com 5.271,14 m² de área construída, distribuída em três pisos, denominados de pavimentos térreo, primeiro e segundo. No térreo estão localizados ambientes de menor ocupação ou de uso mais esporádico como: o auditório do pleno tribunal, o museu e os demais ambientes de apoio como copa, cozinha, reprografia, salas de becas, sala de espera para os motoristas e sanitários, além da garagem coberta. O primeiro e o segundo pavimentos são uniformemente divididos em gabinetes para desembargadores, salas administrativas e pelos sanitários. O primeiro pavimento possui oito gabinetes com área aproximada de 140 m² cada. O segundo pavimento possui quatro gabinetes maiores com área aproximada de 245 m². Os gabinetes são ocupados em média por um desembargador e dez assessores. Os gabinetes estão simetricamente distribuídos em duas partes, sendo metade voltada para a orientação Nordeste e a outra metade para Sudoeste. A ligação entre as partes se faz por um salão central, denominado de Átrio. No segundo pavimento a ligação entre as duas partes é por meio de passarelas que cruzam os dois lados da edificação. A forma do edifício é trapeizodal com planta retangular. As fachadas principais, orientadas a Sudoeste e Nordeste, inclinadas a 68, são compostas por estruturas de alumínio com painéis fixos e janelas basculantes revestidas por lâminas de vidros reflexivos de 6 mm na cor azul. No centro das fachadas principais estão localizados os dois acessos principais construídos em alvenaria revestida por cerâmicas pretas, como ilustra a Figura 30.

83 63 Figura 30- Fachada Sudoeste da Corte Fonte: Arquivo pessoal As fachadas laterais, orientadas a Leste e Oeste, são de alvenaria de tijolos de uma vez, revestidas por cerâmicas brancas. No centro dessas fachadas existem aberturas laterais recuadas e protegidas por brises horizontais de alumínio marrom, como ilustrada na Figura 31. Brises Figura 31- Fachada Oeste da Corte Fonte: Arquivo pessoal A cobertura da edificação é composta por uma laje coberta por telhas de fibrocimento, e no centro há um domus de vidro laminado incolor de 6 mm, conforme mostra a Figura 32. Este domus ocupa uma área de aproximadamente 200 m 2 da cobertura do ambiente, o correspondente a 33% da área total de cobertura do Átrio.

84 64 Figura 32- Vista interna do domus do Átrio Fonte: Arquivo Pessoal O salão central, denominado de Átrio, ilustrado na Figura 33, é um ambiente de curta permanência e normalmente utilizado somente como circulação. Como o espaço é amplo, com área de 603,22 m², eventualmente é utilizado para a realização de eventos. Figura 33- Vista interna do Átrio Fonte: Arquivo Pessoal O Átrio é um ambiente ventilado naturalmente através da passagem de ar pelos brises metálicos, localizados nas fachadas Leste e Oeste. Vale ressaltar que o projeto original previa um sistema auxiliar para a exaustão do ar quente do ambiente. Esse sistema era constituído por dutos, destacados na Figura 34, localizados junto ao domus. Todavia, de acordo com as informações fornecidas pelos técnicos do TRT,

85 65 esse sistema de exaustão não chegou a ser colocado em operação, por motivos que não foram explicados. Dutos Figura 34- Vista interna dos dutos de exaustão Fonte: Arquivo pessoal O sistema de condicionamento de ar que atende a todo o complexo do TRT é do tipo chiller, com duas unidades resfriadoras de líquido com condensação a ar, de capacidade de 700 TR. Da potência total instalada para o sistema de ar condicionado, 15 TR destinamse para o gabinete em estudo e o adjacente. O fan-coil deste sistema está instalado no sub-solo da Corte, conforme ilustra a Figura 35. Figura 35- Fain-Coil de 15 TR Fonte: Arquivo pessoal

86 66 Reforça-se que, apesar dos ambientes possuírem janelas basculantes que permitem a ventilação natural, todos os gabinetes foram projetados para serem condicionados artificialmente. A distribuição do ar nas salas se dá por insuflamento do ar através do piso elevado, com difusores de piso retangulares próximos às janelas e na periferia das salas, e com difusores circulares na área central, ilustrados na Figura 36 e Figura 37. Figura 36- Difusores de piso retangular Fonte: Arquivo pessoal Figura 37- Difusores de piso circular Fonte: Arquivo Pessoal Complementarmente ao sistema de ar central, as salas com percentuais maiores de vidro recebem um complemento no condicionamento de ar com a instalação de um aparelho de ar de teto, com potência de BTUs, ilustrado na Figura 38.

87 67 Figura 38- Ar condicionado instalado no forro da Sala 1 Fonte: Arquivo pessoal Os principais materiais de acabamento dos gabinetes são: piso de granito na cor cinza, paredes divisórias internas de gesso acartonado pintadas na cor branca. Todos os gabinetes possuem laje e forro de alumínio microperfurado na cor branca. O Átrio possui piso cerâmico de cor clara e as paredes são pintadas na cor branca. A cobertura é composta por três tipos de material, uma parte pelo vidro laminado incolor, outra pela laje de cobertura e no primeiro pavimento as passarelas de ligação são forradas com forro do tipo colméia de PVC de cor escura. Todos os ambientes fechados com painéis de vidro possuem proteção interna com persianas do tipo de enrolar confeccionadas com material conhecido como tela solar. Estas persianas foram instaladas posteriormente à ocupação do prédio como instrumentos paliativos para a redução da carga térmica no ambiente, mas que, por outro lado, reduzem o aproveitamento da luz natural. O sistema de iluminação instalado nos gabinetes é composto por luminárias de embutir na cor branca, para duas lâmpadas fluorescentes e dotadas de reatores eletrônicos. As luminárias são de alumínio polido com aletas refletoras. No Átrio, a iluminação artificial é composta por quatro pares de refletores instalados próximos aos vidros da cobertura. Estes refletores permanecem desligados durante todo o expediente de trabalho.

88 AMBIENTES MONITORADOS Os ambientes disponibilizados para as medições de desempenho e conforto térmico e luminoso foram as duas salas do gabinete com fachadas direcionadas para as orientações Oeste e Sudoeste e o Átrio com fachadas orientadas a Leste e Oeste. Todos os ambientes estão localizados no primeiro pavimento da edificação. Os gabinetes do TRT são padronizados, ou seja, possuem a mesma planta para todos os demais gabinetes. São compostos por duas salas, copa e banheiro. A sala com área de 33,72 m², denominada de Sala 1, é de uso exclusivo do desembargador e a outra sala, com área de 94,32 m², destinada para seus assessores, denominada Sala 2. A partir da seleção desses ambientes e a locação dos equipamentos nesses pontos foi possível avaliar a influência dos vidros localizados nas fachadas e no domus da cobertura, quanto ao desempenho térmico e conforto ambiental. A Figura 39 apresenta uma planta ilustrativa dos ambientes medidos e a localização dos pontos onde foram instalados os equipamentos para a realização das medições. As dimensões das cotas estão expressas em metros.

89 69 Figura 39- Planta ilustrativa do primeiro pavimento e dos ambientes monitorados Observa-se que na Sala 1, onde foram posicionados os equipamentos no ponto 1, o ambiente possui somente uma fachada orientada a Sudoeste, fechada por vidro laminado refletivo de cor azul e espessura de 6 mm. A área de vidro desta sala corresponde aproximadamente 53% da sua área de piso e a proporção de vidro na fachada, Window Wall Ratio (WWR), é de 98,50%. Na Sala 2, os equipamentos foram posicionados no ponto 2, onde a influência dos vidros das fachadas é menor que na Sala 1. Este ambiente possui três fachadas expostas à radiação. A maior área exposta à radiação está voltada para a orientação Oeste cujo material de fechamento é composto por alvenaria de uma vez revestida por cerâmica branca. As outras duas fachadas orientadas a Sudoeste e Nordeste são fechadas por vidros laminados refletivos, de cor azul e espessura de 6 mm, sendo que a fachada orientada à Sudoeste é toda exposta a radiação solar, e a fachada orientada à Nordeste não recebe radiação direta em nenhum período pois é sombreada pelo avanço do piso do segundo pavimento e pela parede a Oeste que avança na lateral.

90 70 Neste ambiente a área de vidro exposta à radiação representa 11% da sua área total de piso e a proporção de vidro na fachada, Window Wall Ratio (WWR), é de 21,37%. O Átrio possui uma cobertura de vidro laminado 6 mm incolor de aproximadamente 33% da sua área de piso. Na fachada orientada para o Leste, há uma abertura fechada por vidro laminado refletivo azul de 6 mm e brises de alumínio marrom. Na fachada Oeste o fechamento é todo por brises de alumínio na cor marrom. 4.3 INSTRUMENTOS Para que fosse possível executar as medições das variáveis ambientais utilizaram-se dois tipos de instrumentos. O primeiro destinado às medições das temperaturas e umidade, e o segundo para as medições dos níveis de iluminância dos ambientes Termo-higrômetro Os equipamentos utilizados para a obtenção das variáveis ambientais internas e externas, como temperatura do ar, umidade e temperatura radiante foram obtidas através de cinco termo-higrômetros com data logger, do fabricante ICEL, modelo HT 4000, ilustrado na Figura 40. Figura 40- Termo-higrômetro HT 4000 Fonte: Arquivo pessoal

91 71 O termo-higrômetro HT 4000 atua no intervalo de temperatura de 40 C a + 70 C, com precisão de ± 1,0 C, e de 0% a 100% para umidade de operação, com precisão de ± 3,0%. Antes do início das medições os cinco termo-higrômetros foram calibrados e submetidos a um teste de aferição para a identificação, se fosse o caso, de possíveis erros ou diferenças nas medições de cada equipamento. Na realização do teste, os termo-higrômetros foram numerados e configurados para adquirirem os sinais de temperatura do ar e umidade a cada 30 segundos. Os dispositivos foram colocados dentro de uma caixa térmica parcialmente tampada durante um período de uma hora. Os dados obtidos foram analisados estatisticamente e avaliados através do cálculo das variâncias. Os resultados mostraram-se satisfatórios e dentro dos limites de precisão fornecidos pelo fabricante. Nas medições das variáveis ambientais, os termo-higrômetros foram instalados dentro e fora da edificação, protegidos por abrigos, cuja finalidade foi de evitar a influência de radiações diretas que poderiam comprometer os experimentos. Externamente foi utilizado um termo-higrômetro que foi protegido por um abrigo metrológico confeccionado artesanalmente com pratos plásticos, preso num suporte metálico e fixado embaixo da laje do primeiro pavimento, ilustrado na Figura 41. Figura 41- Abrigo externo Fonte: Arquivo pessoal

92 72 Dos quatro termo-higrômetros restantes, utilizados nas medições internas da edificação, dois destinaram-se ao registro da temperatura e umidade do ar e os outros dois foram inseridos dentro de globos negros para a obtenção das temperaturas de globo. É interessante ressaltar que devido à indisponibilidade de termômetros de globo padrão optou-se pela confecção de globos negros alternativos como uma maneira econômica de viabilizar as medições das temperaturas de globo. Para a confecção dos globos alternativos foram consultados artigos publicados por alguns pesquisadores como Barbosa et al. (2008), Navarine et al. (2007) e Souza et al. (2002) que realizaram ensaios desta natureza e obtiveram resultados confiáveis, com instrumentos como estes, associados a variados tipos de sensores. Os globos alternativos foram confeccionados pela própria mestranda, e foram construídos a partir de esferas ocas com diâmetro de 12 cm utilizadas em decorações natalinas. As esferas foram recortadas em uma das faces para adaptação de bocais rosqueáveis e posteriormente pintados externamente com tinta spray na cor preta fosca, como mostra a Figura 42. No interior dos globos foram inseridos os sensores HT-4000 com data logger, utilizados pela medição e registro dos sinais. Figura 42- Termômetro de globo alternativo Fonte: Arquivo pessoal Com o objetivo de comprovar a confiabilidade dos instrumentos confeccionados, realizaram-se diversos ensaios em laboratório, cujos resultados obtidos e confrontados com outros obtidos por instrumentos padrão, mostraram-se bastante próximos, fato que atestou a sua acertada operação. A avaliação destes termômetros de globo e os resultados alcançados nos ensaios foram submetidos e

93 73 aceitos para apresentação num congresso da área, cujo artigo final tem por titulo: Proposta alternativa de globo negro para obtenção de temperatura radiante em ambientes internos (OMAR et al., 2010). Os procedimentos experimentais realizados destinados a comprovar a eficácia dos globos alternativos encontram-se descritos no Apêndice A. Nas medições da temperatura do ar no interior da edificação, seguiu-se a recomendação da norma internacional ISO 7726 (1996, p. 17) que recomenda a proteção dos sensores a fim de evitar a interferência das radiações próximas a eles. Para a seleção da barreira mais adequada ao tipo de medição a ser realizada, optou-se por confeccionar a barreira recomendada por Barbosa et al. (2007), ilustrada na Figura 43. Este e outros tipos de proteções foram testados pelos pesquisadores mencionados, cujos resultados permitiram concluir que os abrigos cilíndricos confeccionados com garrafas PET, com aberturas nas superfícies inferiores e superiores para a ventilação e revestidos com alumínio foram os que obtiveram melhores resultados na presença de radiações de ondas curtas, sendo, portanto os mais recomendados. Figura 43- Barreira interna Fonte: Arquivo pessoal

94 Luxímetro O equipamento para a obtenção das iluminâncias foi um luxímetro digital, do fabricante ICEL, modelo LD 510, com fotocélula de silício e filtro, e precisão que varia de ± 3% a 5%, Figura 44. Figura 44- Luxímetro digital LD 510 Fonte: Arquivo pessoal 4.4 MÉTODOS PARA A AVALIAÇÃO DA EDIFICAÇÃO A metodologia adotada foi dividida em duas partes. A primeira parte explica os métodos utilizados para avaliação do desempenho e conforto térmico, e a segunda aborda os métodos utilizados para a avaliação luminosa Métodos para avaliação do desempenho e conforto térmico A avaliação do desempenho térmico da edificação foi efetivada utilizando métodos de medições in loco, levantamento de dados sobre materiais, construtivos, ocupação, sistemas de ar condicionado, iluminação e equipamentos para a avaliação do consumo energético da edificação e simulações computacionais para a avaliação da carga térmica nos ambientes medidos.

95 Método para medições in loco As medições in loco foram realizadas para a caracterização do comportamento térmico e do nível de conforto térmico proporcionado pela edificação. Foram realizadas medições das seguintes variáveis ambientais: temperaturas do ar, temperatura de globo e umidade. Para tanto, adotou-se um período de monitoramento contínuo de 20 dias em dois períodos: na estação de verão e de inverno, em três ambientes internos e externamente à edificação. A metodologia adotada para a execução das medições foram as propostas pela NBR 15575/2008, Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos Desempenho. Vale salientar, que devido à limitação do número de equipamentos disponíveis, nas medições de temperaturas e umidade, tanto na estação de verão como na estação de inverno, não foi possível realizar o monitoramento simultaneamente nos três ambientes internos (Sala 1, Sala 2 e Átrio) e o exterior. Dessa forma, as medições foram realizadas por dez dias consecutivos nas duas salas do gabinete, Sala 1 e Sala 2, e posteriormente por mais dez dias consecutivos no Átrio. O monitoramento ambiental foi realizado internamente e externamente à edificação. Nos ambientes internos Sala 1 e Sala 2 as medições ocorreram em duas situações: com e sem a influência do ar condicionado. No Átrio, as medições ocorreram nas condições ambientais normais no qual se encontra o ambiente, portanto sem nenhum tipo de refrigerado artificial. As medições ocorreram nas duas estações que caracterizam dois principais períodos, quente úmido no verão e quente seco no inverno: Verão: 09 de fevereiro a 28 de fevereiro de 2010; Inverno: 24 de junho a 15 de julho de Após executadas as medições, iniciaram-se com as seleções dos dias típicos, através das análises das temperaturas externas medidas nas duas estações, verão e inverno. Para cada estação foram selecionados três dias consecutivos com características semelhantes, procedendo-se análise do desempenho térmico no terceiro dia. Conforme explicitado anteriormente, devido à indisponibilidade de equipamentos, foram definidos dois dias típicos de projeto para cada estação. O

96 76 primeiro para as medições nas salas dos gabinetes, Sala 1 e Sala 2, e o segundo para as medições no Átrio. Os termo-higrômetros foram configurados para medições a cada 30 minutos. Internamente obtiveram-se os dados das temperaturas do ar (TBS), umidades e temperaturas de globo (Tg). Externamente foram medidas as temperaturas do ar (TBS) e as umidades. Para a realização das medições tomou-se por base as recomendações da norma ISO 7726/1996 no posicionamento dos equipamentos. Procurou-se posicionar os instrumentos centralizados nos ambientes a 1,10 m de altura do piso. A Figura 45 ilustra os pontos onde foram posicionados os equipamentos. Figura 45- Posicionamento dos equipamentos na Sala 1 e Sala 2 No Átrio, os equipamentos foram posicionados a 4,50 m de altura no piso do primeiro pavimento, dentro de uma floreira suspensa de vidro, deslocada 3,00 m do centro do ambiente. A escolha deste local deveu-se à facilidade de acesso para a instalação e também para a segurança dos equipamentos, uma vez que se trata de um local de circulação de pessoas. Externamente o termo-higrômetro foi posicionado embaixo da laje da Sala 1 e inserido no interior de um abrigo externo. Por motivo de segurança o abrigo com o termo-higrômetro não pôde ser exposto no jardim.

97 77 A Figura 46 ilustra o posicionamento dos equipamentos em seus respectivos ambientes de medição. Figura 46- Posicionamento dos equipamentos na Corte Durante o período de medições, no gabinete sob estudo, as salas permaneceram totalmente desocupadas com as luzes desligadas e nenhum equipamento foi ligado, exceto o condicionador de ar central nos dias de expediente. É importante registrar que por um período de vinte e quatro meses, os servidores ocupavam outro espaço na Corte. Devido a esta situação, não foi possível aplicar questionários sobre as condições de conforto, até porque as respostas não seriam condizentes com a realidade, devido ao tempo já transcorrido. Entretanto, de maneira a colher informações sobre as condições ambientais, foram feitas entrevistas com os engenheiros e técnicos responsáveis pela manutenção dos prédios do judiciário. Este levantamento, adicionado às reclamações dos funcionários, atestam que, de fato, as condições de conforto térmico encontram-se aquém do ideal.

98 78 No período de medições no Átrio não houve nenhum registro de ocorrência de eventos excepcionais, portanto este ambiente serviu apenas como circulação para os funcionários do tribunal Método para avaliação do consumo energético A medição de energia elétrica dos edifícios que compõem o complexo do TRT é feita de forma conjunta. Esta característica dificultou a determinação do consumo energético da Corte de forma isolada. Para a identificação do consumo energético desse prédio, realizou-se o levantamento dos principais equipamentos e sistemas elétricos implantados, tais como ar condicionado e iluminação, considerando-se as potências nominais das lâmpadas e reatores utilizadas, do fan-coil, além de equipamentos como computadores, impressoras, eletrodomésticos e elevadores. No cálculo do consumo energético dos gabinetes e outros setores administrativos da Corte, foi considerado o tempo de utilização de 6 horas e 22 dias mensais. Este tempo corresponde ao horário de expediente da Corte, de segunda-feira à sexta-feira, das 7h30min às 14h30min. Para os ambientes de uso mais esporádico, como os três auditórios, sala de som, sala de becas e outros, o tempo de uso mensal foi estimado considerando-se um tempo de uso parcial do ambiente, conforme são devidamente especificados no espaço reservado para apresentação dos resultados. As informações sobre o uso desses ambientes foram obtidas através de entrevistas com os técnicos da instituição. Os dados sobre as potências instaladas do sistema de condicionamento de ar do tipo fan coil, foram retirados do projeto de ar condicionado. Para os demais aparelhos do tipo split utilizaram-se as informações constantes nos catálogos dos fabricantes. A estimativa do consumo energético do elevador foi obtida através do software simulação do fabricante OTIS, disponível no site próprio (OTIS, 2010). O conjunto de iluminação mais aplicado em toda a edificação, composto por duas lâmpadas de TL5 de 28 Watts e reator eletrônico ECO-Master da Philips foi analisado segundo a potencia do conjunto e reator do catalogo do fabricante (PHILIPS, 2010).

99 79 As potências nominais de outros equipamentos, adotados no cálculo do consumo energético da Corte, foram retirados da ASHRAE Handbook of Fundamentals (2009, p. 18). Concluído o levantamento, montou-se uma planilha por categoria (iluminação, ar condicionado e equipamentos) para compor o consumo energético total para a Corte Método para avaliação da carga térmica Para a avaliação da carga térmica da edificação e a influência do vidro no consumo energético, foram realizadas simulações computacionais com o software DesignBuilder 2.3.5, disponibilizado pelo GPTAA Grupo de Pesquisa e Tecnologia de Arquitetura Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso. Este software foi escolhido, dentre outras vantagens, porque é compatível com algoritmos do EnergyPlus 6.0, e ainda oferece uma interface mais amigável para a modelagem gráfica, inserção de dados, relatórios e gráficos de saídas. Vale ressaltar, que o EnergyPlus é um programa computacional desenvolvido pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e aceito mundialmente pela comunidade científica como uma ferramenta de simulação energética de sistemas de aquecimento, iluminação e ventilação em edificações. Para possibilitar simulações com o software DesignBuilder é necessário respeitar uma determinada sequência, conforme ilustra a Figura 47.

100 80 Figura 47- Etapas utilizadas nos trabalhos de simulação O DesignBuilder foi configurado com dados do arquivo climático da cidade de Cuiabá, BRA_Cuiaba_Marechal.Ron epw, disponível no site do SWERA (SWERA, 2010). O modelo 3D, ilustrado na Figura 48, possui dimensões idênticas às da planta de arquitetura original, contudo, foram adotadas algumas simplificações, como por exemplo, desconsiderar a inclinação da cobertura, as trocas de calor entre o piso térreo e o piso superior, e entre o gabinete em estudo e o gabinete adjacente, uma vez que estas medidas têm pouca influência nos resultados procurados. No Átrio, desconsideraram-se as trocas térmicas pelas paredes orientadas a Nordeste e a udoeste, por radiação direta, uma vez que existem gabinetes que isolam o ambiente em estudo nas direções mencionadas. Apesar disso, tais simplificações não comprometeram os estudos de desempenho térmico, tendo sim melhorado o tempo de processamento do programa.

101 81 Figura 48- Modelo tridimensional do TRT Nos estudos foi modelada toda a edificação do TRT, porém foram simulados e analisados apenas os ambientes em que foram realizadas medições in loco, a Sala 1, Sala 2 e Átrio. No layout interno do gabinete, Figura 49 desconsiderou-se as áreas dos banheiros e copa pertencentes ao gabinete em estudo. De maneia a possibilitar a avaliação de cada zona individualmente, a Sala 2 foi dividida virtualmente em três zonas. Figura 49- Desenho ilustrativo da planta baixa do gabinete

102 82 Definido o período de funcionamento dos distintos equipamentos, criou-se uma agenda de ocupação e funcionamento dos equipamentos e iluminação. O schedule, como é chamado este agendamento, foi definido para o horário de trabalho da instituição, das 7h30min até às 14h30min, de segunda à sexta feira. As propriedades térmicas dos materiais considerados neste estudo são: a condutividade térmica (λ), a densidade de massa aparente do material (ρ), o calor específico (c) e a espessura de cada camada. Os valores foram retirados da norma NBR /2005, da ASHRAE (2009, p. 33.1), catálogo da Saint-Gobain (2010) e da biblioteca de materiais e componentes construtivos brasileiros para simulações no VisualDoe 3.1 editada pelo LaBEEE (ORDENES et al., 2003). As propriedades dos vidros que compõem as fachadas e cobertura do domus do Átrio estão apresentadas na Tabela 11. Tabela 11- Características dos vidros da fachada e do domus Fator Fator Tipo de vidro FS Coef. U Luminoso Energético Somb. (W/m².K) TI TUV TE RE AE (%) (%) (%) (%) (%) TB 130 Lam. ref. azul 6 mm 0,37 0,42 5, ST 150 Lam. incolor 6 mm 0,56 0,92 5, Fonte: Saint Gobain Glass - SGG Cool-Lite Em que: TI = Porcentagem do fluxo luminoso transmitido diretamente pelo vidro; TUV = Porcentagem do fluxo luminoso de raio UV transmitido diretamente pelo vidro; TE = Porcentagem do fluxo de energia transmitida diretamente pelo vidro; RE = Porcentagem de energia refletida pelo vidro; AE = Porcentagem do fluxo de energia transmitida diretamente pelo vidro. Para o fechamento opaco, representado pelas paredes da envoltória, considerou-se a alvenaria de fechamento composta pelos materiais: revestimento

103 83 cerâmico com espessura de 1,0 cm, argamassa de assentamento de 1,0 cm, reboco e chapisco de 2,5 cm em cada lado, tijolo cerâmico de seis furos redondos com dimensões de 10 x 15 x 20 cm, assentados na dimensão de 15 cm. Todas as camadas somadas totalizaram um painel de fechamento de espessura total da parede de 22 cm. As propriedades dos materiais opacos estão descritos na Tabela 12. Tabela 12- Propriedades dos materiais opacos Material Espessura e (m) Condutividade térmica λ (W/m.K) Massa aparente ρ (kg/m3) Calor específico c (kj/kg. K) Lajota cerâmica 0,01 0, ,92 Argamassa 0,01 1, ,00 Reboco 0,025 1, ,00 Tijolo 0,15 0, ,92 Reboco 0,025 1, ,00 Fonte: Ordenes et al. (2003) Para os brises de alumínio, considerou-se um espaçamento de 2 cm entre as lâminas de alumínio e λ = 230 W/m K. Concluídos os primeiros passos da modelagem e inserção das características dos materiais construtivos, cargas térmicas e schedules, procedeu-se a primeira simulação para a avaliação do modelo. Para tanto, utilizaram-se como referência os dados das temperaturas do ar interna e externa, medidos in loco no período do verão para a Sala 1 e Átrio. Para realização do estudo paramétrico preliminar e a calibração do modelo, buscou-se no banco de dados do arquivo climático, um dia do mês de fevereiro e um do mês de março, que tivessem as temperaturas do ar semelhantes aos dias 16 de fevereiro e 25 de março, datas em que foi feita a avaliação sob o ponto de vista de desempenho térmico, para a Sala 1 e o Átrio. Tendo em vista que os registros do arquivo climático nas datas acima especificadas apresentavam comportamento de temperatura diferente dos dias medidos, optou-se em adotar os dias 24 de fevereiro e 13 de março, por se apresentarem adequados para fins de comparação com os dados alcançados neste trabalho.

104 Método para avaliação do conforto térmico Para a avaliação do conforto térmico dos ambientes determinou-se o índice de conforto PMV e PPD para cada ambiente, segundo a norma ISO 7730/2005. Para as variáveis pessoais como atividade metabólica foi adotado o valor de 70 W/m 2, indicado para atividades de escritório. Para vestimenta foram adotados dois valores de 1,00 clo para o ocupante da Sala 1, e 0,70 clo para os demais ambientes. Esta diferença se justifica pelo fato de os ocupantes da Sala 2 terem mais liberdade na escolha de seus trajes, enquanto que os desembargadores, que ocupam ambientes semelhantes à Sala 1, têm o terno como vestimenta padrão. As variáveis ambientais: temperatura do ar, temperatura de globo e umidade foram medidas in loco, por meio de termo-higrômetros datalogger e termômetros de globo instalados conforme o posicionamento exposto anteriormente. Por se tratar de um ambiente de escritório sem influência da ventilação externa, a velocidade do ar no interior do ambiente foi considerada quase nula, de 0,1 m/s, para efeito de cálculo do PMV. As temperaturas radiantes médias (T rdmed ) foram obtidas através das medições das temperaturas de globo, calculadas pela na Equação 8 (ISO 7726/1996). (Eq.8) Em que: T rdmed = Temperatura radiante média, em K ou C; T g = Temperatura de globo, em K ou C; T a = Temperatura do ar, em K ou C; h cg = Coeficiente de transferência de calor por convecção,em W/m 2 K; Ԑ g = Emissividade do globo negro (adimensional); σ = Constante de Stefan-Boltzman = 5,67 x 10-8 W/m 2 K 4. Sendo que: Em casos de convecção natural, h cg é expresso na Eq.9.

105 85 (Eq.9) Em que: D = Diâmetro do globo, em metros; V a = Velocidade do ar ao nível do globo, em m/s; ΔT = T a - T g. Os índices PMV (Predicted Mean Vote) e PPD (Predicted Percetage Dissatisfied) foram calculados considerando-se o horário comercial, ou seja, no período das 8h00min às 18h00min horas do dia. Para a determinação do PMV e PPD foi utilizado o software Analysis 1.5, desenvolvido pelo Laboratório de Meios Porosos e Propriedades Termofísicas dos Materiais, da Universidade Federal de Santa Catarina. Os valores obtidos foram confrontados com os recomendados pela ISO 7730/2005, norma que estabelece que para considerar-se um ambiente termicamente aceitável, pelo menos 90% dos ocupantes devem estar satisfeitos. Para tanto, o PMV esteja compreendido no intervalo de - 0,50 < PMV < + 0,50. Os índices PMV e PPD foram determinados para duas situações. A primeira sem a influência do ar condicionado e a segunda com o sistema de refrigeração funcionando. Através destes resultados pôde-se avaliar o conforto térmico para o ambientes com e sem a climatização Métodos para avaliação luminosa As medições para a verificação dos níveis das iluminâncias referentes à disponibilidade de luz natural, coeficiente de luz diurna (CDL) nos ambientes, Sala 1, Sala 2 e Átrio ocorreram em conformidade com as recomendações constantes na NBR Parte 4: Verificação experimental das condições de iluminação interna de edificações Método de medição. O dia escolhido para a medição foi próximo ao Dia Típico de Projeto, indicado por Scarazzato (1995) apud Viana e Gonçalves (2007, p. 121) para a cidade de Cuiabá.

106 86 Na determinação da contribuição da iluminação natural recebida no interior dos ambientes, utilizou-se o conceito de Coeficiente de Luz Diurna (CLD), que expressa a razão entre a iluminação natural num determinado ponto num plano horizontal interno e a disponibilidade da luz externa. A Equação 10 expressa esta relação. (Eq.10) Sendo: E p = Iluminância em um ponto interno, em lux; E e = Iluminância em um plano externo horizontal desobstruído, em lux. Para a determinação do nível de iluminância nos ambientes, levou-se em consideração num primeiro momento, apenas aquela proveniente da luz solar. Numa segunda avaliação, a medição focou tão somente a luz artificial. Esta metodologia teve por objetivo aferir o grau de economia que seria alcançado caso a parcela natural fosse devidamente aproveitada. A avaliação do nível de iluminamento foi pautada nas prescrições contidas na norma NBR 5413/1992: Iluminância de interiores. Dadas às funções diferenciadas dos ambientes estudados, igualmente diversificados são os níveis de iluminamento recomendados. Na Sala 1 e Sala 2 considerou-se como referência a iluminância média de 750 lux. Este valor, segundo a referida norma, representa a Classe B de iluminâncias que varia de 500 lux a 1000 lux conforme o tipo de tarefa visual desempenhada no ambiente. Para adotar-se o valor de 750 lux considerou-se a idade (40 a 55 anos), a velocidade e precisão (importante) e a refletância do fundo da tarefa (superior a 70%). Para o Átrio, tratando-se de utilização não contínua e sem importância e velocidade de precisão, estabeleceu-se o valor de 100 lux como iluminância média. Para a determinação da quantidade do número de pontos e o correspondente traçado da malha, foi necessário efetuar o cálculo do Índice K do local, dado pela Equação 11 (NBR /2005):

107 87 (Eq. 11) Sendo: L = Largura do ambiente, em metros; C = Comprimento do ambiente, em metros; Hm = Distância vertical entre a superfície de trabalho e o topo da janela, em metros. A Figura 50 e Figura 51 ilustram o traçado da malha que foi utilizado nas medições das iluminâncias na Sala 1, Sala 2 e o Átrio. Figura 50- Malha de pontos para as Sala 1 e Sala 2

108 88 Figura 51- Malha de pontos para o Átrio O contraste de luminância (C) foi obtido através das diferenças de luminâncias, expresso na Equação 11 (PEREIRA; SOUZA, 2005): (Eq.11) Em que: L maior = Luminância maior, em cd/m²; L menor = Luminância menor, em cd/m². O cálculo da luminância interna (L) foi efetuado através da relação entre o coeficiente de reflexão da superfície (ρ) e a iluminância (E) medida naquele ponto, expressa na Equação 12 (VIANA; GONÇALVES, 2007): (Eq.12) Em que: ρ = Coeficiente de reflexão; E = Iluminância sobre a superfície, em lux.

109 89 As refletâncias médias internas (ρ) para cada ambiente foram calculadas através das médias aritméticas das refletâncias, obtidas utilizando-se o método do papel branco. A fotocélula do luxímetro foi mantida voltada para a superfície do plano de trabalho, afastada aproximadamente 10 cm. Mediu-se a iluminância refletida neste ponto e em seguida a iluminância refletida pela mesma superfície coberta com uma folha de papel branco e mediu-se novamente. Admitiu-se a refletância do papel branco de 90%. A refletância da superfície foi determinada através de uma proporção, dada pela Equação 13 (GHISI; LAMBERTS, 1998): (Eq.13) Em que: ρ sup = Refletância da superfície; E sup = Iluminância refletida pela superfície, em lux; E pb = Iluminância refletida pela superfície com papel branco, em lux. As medições das iluminâncias nos ambientes internos para a avaliação da contribuição da iluminação natural foram realizadas no dia 4 de março de 2010, um dia de verão, em quatro horários distintos: 9h00min, 11h00min, 13h00min e 15h00min. A medição das iluminâncias resultantes da iluminação artificial ocorreu uma única vez no dia 4 de março de 2010, com as persianas baixadas para impedir a contribuição da luz natural no ambiente. Adicionalmente, tomou-se a precaução de realizar as medições ao final do dia, de maneira a reduzir ao máximo a influência de fontes de luz externas, seja natural ou artificial. De modo a padronizar as condições das medições, a altura do luxímetro foi de 75 cm sobre o piso. Para tanto, utilizou-se um apoio confeccionado com tubo de PVC e uma lata de leite em pó, como base preenchida com argamassa para dar estabilidade ao conjunto, conforme ilustra a Figura 52 e Figura 53.

110 90 Figura 52- Medição de iluminâncias no Átrio Figura 53- Medição de iluminância na Sala 2 O início do monitoramento para avaliar a influência da iluminação artificial e natural deu-se com o traçado de uma malha de pontos necessários para a verificação do nível de iluminação, segundo a recomendação da NBR /2005. Seguindo a mesma metodologia, os dados dos níveis de iluminação, obtidos com as medições, foram comparados com índices propostos para esta grandeza para ambientes de escritórios, conforme norma NBR 5413/1992. Dadas às funções diferenciadas para os ambientes estudados, igualmente diversificados são os níveis de iluminamento recomendados. Na Sala 1 e Sala 2 considerou-se como referência a iluminância média de 750 lux, que leva em consideração a idade (40 a 55 anos), a velocidade e precisão da tarefa (importante) e a refletância do fundo da tarefa (superior a 70%). Para o Átrio, tratando-se de utilização não contínua e sem importância e velocidade de precisão, estabeleceu-se o valor de 100 lux como iluminância média. Vale ressaltar que os níveis de iluminâncias desejáveis, devido tanto à contribuição natural como artificial, podem ficar comprometidos por fatores outros, tais como: a distribuição espacial e a relação de luminâncias. Esses fatores podem ocasionar perturbações visuais traduzidos na forma de contrastes e ofuscamentos.

111 91 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados e análises apresentados neste capítulo são abordados conforme dois focos principais, o térmico e o luminoso. Inicia-se com as avaliações sob o ponto de vista de desempenho e conforto térmico e na sequência a avaliação do conforto luminoso para cada ambiente medido. 5.1 RESULTADOS E DISCUSSÕES SOB O PONTO DE VISTA TÉRMICO Os ambientes monitorados possuem características arquitetônicas diferentes e, em consequência, apresentaram também comportamentos térmicos distintos. Tais comportamentos de desempenho e conforto térmico podem ser observados a partir dos resultados obtidos com o monitoramento das variáveis ambientais internas e externas durante o período pré-estabelecido e com a análise do consumo energético da edificação, tendo o vidro como principal material de fechamento da envoltória da edificação Desempenho térmico por medição in loco Os resultados obtidos segundo a metodologia adotada para as medições da norma NBR /2008, estão divididos por estação de verão e inverno e por ambientes, Salas 1, Sala 2 e Átrio Medição de verão Sala 1 e Sala 2 No período de verão, as medições tiveram início no dia 9 de fevereiro de 2010 e se estenderam até 18 de fevereiro do mesmo ano, em virtude do feriado de Carnaval, quando não haveria expediente. As temperaturas máximas, mínimas, médias, amplitudes térmicas diárias e umidades do ar externas, medidas no período estão ilustradas na Figura 54.

112 Temperatura ( C) Umidade do ar (%) 92 36,0 34,0 32, ,0 28, Amplitude Tmed Tmin 26,0 24,0 22,0 5,8 5,6 7,1 8 8,9 9,4 5,6 6,1 2,4 2,3 9/2 10/2 11/2 12/2 13/2 14/2 15/2 16/2 17/2 18/ Tmax Umidade Dias de medições no verão Figura 54- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 9 à18 de fevereiro Observa-se que no dia 9 de fevereiro, primeiro dia de medição, as temperaturas externas encontravam-se elevadas, com máxima de 31,7 C e mínima de 25,9 C. Nos dois dias seguintes, 10 e 11, devido às chuvas e à entrada de uma massa de ar frio, verificou-se uma queda nas temperaturas e nas amplitudes térmicas, e elevação das umidades, com máximas de 27,5 C e 26,3 C e mínimas de 25,1 C e 24,0 C respectivamente. A partir do dia 12 de fevereiro observa-se uma ascendência das temperaturas com maior regularidade nas amplitudes entre as máximas as e mínimas. Os dias seguintes, 14, 15 e 16 de fevereiro apresentaram temperaturas externas máximas mais próximas entres si. As temperaturas máximas nesses dias atingiram 32,8 C, 30,0 C e 31,7 C, respectivamente. Dessa forma, a Figura 55 apresenta a sequência dos três dias de medições, tendo sido considerado para a avaliação o dia 16 de fevereiro de 2010.

113 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Temperatura ( C) Temperatura ( C) 93 35,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 14/02/2010 Tmax = 32,8 C Tmin = 24,8 C T med = 27,82 C Amplitude = 8,0 C 15/02/2010 Tmax = 31,0 C Tmin = 24,4 C Tmed = 26,29 C Amplitude = 6,6 C 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 Tempo (horas) Figura 55- : Dia típico de verão Sala 1 e Sala 2 16/02/2010 Tmax = 31,7 C Tmin = 25,6 C Tmed = 28, 05 C Amplitude = 6,1 C As temperaturas internas medidas na Sala 1 e Sala 2 e a temperatura medida externamente no dia 16 de fevereiro de 2010, estão representados na Figura ,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 31,1 28,1 29,8 Exterior Sala 1 Sala 2 Tempo (horas) Figura 56- Desempenho das temperaturas externa e internas - Sala 1 e Sala 2 Observando os dados registrados das temperaturas máximas externas e internas dos dois ambientes observa-se que a temperatura interna na Sala 2 atinge seu valor máximo de 28,1 C coincidindo com a temperatura máxima externa de 31,7 C, às 14h30min. A diferença entre essas temperaturas é de 3,6 C.

114 94 Na Sala 1, a temperatura máxima interna de 30,1 C ocorre às 15h00min, ou seja, 30 minutos após a temperatura máxima externa. A diferença entre essas temperaturas máximas (externa e interna), no entanto é menor, da ordem de 1,6 C. Constata-se, portanto, que o amortecimento térmico na Sala 2 é superior ao obtido na Sala 1, contudo o atraso térmico, tempo transcorrido entre as variações térmicas internas e externas na Sala 1 é de 30 minutos enquanto que na Sala 2 é nulo. De posse dos dados das temperaturas internas e externas registradas ao longo do dia calcularam-se as temperaturas médias e o desvio padrão para cada ambiente. Os valores estão apresentados na Tabela 13: Tabela 13- Temperatura média e desvio padrão no verão - Exterior, Sala1 e Sala2 Exterior Sala 1 Sala 2 Temperatura média ( C) 28,05 28,26 27,44 Desvio padrão ( C) 1,84 0,98 0,48 Por meio dos dados obtidos, constata-se que a temperatura média diária da Sala 1 é superior à da Sala 2 em 0,82 C. A diferença entre as temperaturas média externa e a temperatura média interna na Sala 1 é de -0,26ºC. O sinal negativo indica que a Sala 1 encontra-se mais quente que o ambiente externo. Já a temperatura média interna na Sala 2 apresenta-se 0,61 C inferior à temperatura média externa.

115 Temperatura ( C) Umidade do ar (%) 95 Átrio O período de medição do verão iniciou no dia 19 de fevereiro de 2010 e se estendeu até 28 de fevereiro do mesmo ano. As temperaturas máximas, mínimas, médias, amplitudes térmicas diárias e umidades do ar externas medidas no período estão ilustradas na Figura ,0 34,0 32, ,0 28,0 26,0 24,0 9,5 8,2 6,6 10,6 8,9 7,0 6,9 8,0 5,3 4, Amplitude Tmed Tmin Tmax Umidade 22,0 19/2 20/2 21/2 22/2 23/2 24/2 25/2 26/2 27/2 28/2 Dias de medições no verão 0 Figura 57- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 19 a 28 de fevereiro Observa-se que os valores registrados para as temperaturas externas neste período foram superiores àquelas do período analisado anteriormente. Os dias mais chuvosos ocorreram mais espaçadamente, nos dias 21, 27 e 28. Esses fatores contribuíram para que nos outros dias as amplitudes térmicas fossem mais regulares. Neste período, os dias com amplitudes térmicas e temperaturas externas mais aproximadas entre si foram os dias 23, 24 e 25 de fevereiro, cujas temperaturas máximas aferidas foram 34,6 C, 34,7 C e 34,3 C, respectivamente. Dessa maneira, o dia típico escolhido para a avaliação do desempenho térmico do Átrio foi o dia 25 de fevereiro. A Figura 58 apresenta a sequência dos três dias de medições e o dia selecionado para avaliação.

116 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Temperatura ( C) Temperatura ( C) 96 37,0 35,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 23/02/2010 Tmax = 34,6 C Tmin = 25,7 C Tmed = 30,1 C Amplitude = 8,9 C 24/02/2010 Tmax = 34,7 C Tmin = 27,7 C Tmed = 31,1 C Amplitude = 7,0 C 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 Tempo (horas) Figura 58- Dia típico de verão - Átrio 25/02/2010 Tmax = 34,3 C Tmin = 27,4 C Tmed = 29,8 C Amplitude = 6,9 C As temperaturas medidas internamente no Átrio e externamente no dia 25 de fevereiro de 2010, estão representadas na Figura 59, no gráfico de desempenho do Átrio. 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 34,3 32,1 Exterior Átrio Tempo (horas) Figura 59- Desempenho das temperaturas externa e interna Átrio Observando-se o gráfico anterior constata-se que a temperatura interna máxima no Átrio atinge 32,1 C às 16h00min. O valor máximo registrado externamente foi de 34,3 C, o que ocorre às 15h00min. Esta diferença entre as temperaturas máximas, interna e externa é de 2,2 C e o atraso térmico é de uma hora.

117 97 Apesar do amortecimento de 2,2 C e do atraso térmico de 1 hora, o gráfico de desempenho térmico do Átrio mostra que, ao longo do dia, as diferenças das variações térmicas entre o exterior e o interior são muito próximas em relação à amplitude e ao atraso térmico. Após as 18h00min a temperatura interna no ambiente passa a ser superior à externa. A Tabela 14 apresenta as médias das temperaturas externas e internas do Átrio calculadas com as temperaturas medidas no dia 25 de fevereiro. Os resultados obtidos evidenciam uma diferença pouco significativa das temperaturas, cuja variação térmica é da ordem de 0,29 C, considerado um valor baixo para desempenho térmico de edificações. Tabela 14- Temperatura média e desvio padrão no verão Exterior e Átrio Exterior Átrio Temperatura média ( C) 29,81 29,52 Desvio padrão( C) 1,97 1, Medição de inverno Sala 1 e Sala 2 No período de inverno, as medições tiveram início no dia 25 de junho de 2010 e se estenderam até 3 de julho do mesmo ano. As temperaturas máximas, mínimas, médias, amplitudes térmicas diárias e umidades do ar externas medidas no período estão ilustradas na Figura 60.

118 Temperatura ( C) Umidade do ar (%) 98 35,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25, Amplitude Tmed Tmin 23,0 21,0 19,0 10,4 10,0 9,3 8,3 6,3 12,0 11,5 10,0 9, Tmax Umidade 17,0 25/6 26/6 27/6 28/6 29/6 30/6 1/7 2/7 3/7 Dias de medições no inverno 0 Figura 60- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 25 de junho a 3 de julho Observa-se que no dia 25 de junho, primeiro dia de medição no inverno, as temperaturas externas encontravam-se elevadas, com máxima de 33,4 C e mínima de 23,01 C. Nos dois dias seguintes, 26 e 27, as temperaturas continuaram elevadas. No período de 28 a 30, ocorreu a entrada de uma massa de ar frio, que influenciou a queda nas temperaturas e nas amplitudes térmicas, e elevação das umidades, com máximas que variaram de 28,9 C a 30,0 C e mínimas de 20,6 C a 18,0 C. A partir do dia 1 de julho observa-se uma ascendência das temperaturas com maior regularidade nas amplitudes entre as máximas e mínimas. Os dias seguintes, 2 e 3 de julho, apresentaram temperaturas externas máximas mais próximas entres si. As temperaturas máximas nesses dias atingiram 32,6 C, 31,9 C e mínimas de 22,6 C e 22,3 C, respectivamente. Dessa forma, a Figura 61 apresenta a sequência dos três dias de medições, tendo sido considerado para a avaliação o dia 27 de junho de 2010.

119 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Temperatura ( C) Temperatura ( C) 99 36,0 34,0 32,0 30,0 28,0 26,0 24,0 22,0 25/06/2010 Tmax = 33,4 C Tmin = 23,0 C T med = 29,0 C Amplitude =10,4 C 26/06/2010 Tmax = 33,6 C Tmin = 23,6 C Tmed = 29,1 C Amplitude = 10,0 C 27/06/2010 Tmax = 33,8 C Tmin = 23,0 C Tmed = 29,5 C Amplitude = 9,3 C 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 Tempo (horas) Figura 61- Dia típico de inverno Sala 1 e Sala 2 As temperaturas internas medidas nas Salas 1 e 2 e a temperatura medida externamente no dia 26 de junho de 2010, estão representados na Figura ,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 33,8 27,2 27,0 Exterior Sala 1 Sala 2 Tempo (horas) Figura 62- Desempenho das temperaturas externa e internas - Sala 1 e Sala 2 Observando os dados registrados das temperaturas máximas externas e internas dos dois ambientes observa-se que a temperatura máxima externa medida foi de 33,8 C às 14h00min. A temperatura interna na Sala 2 atingiu seu valor máximo de 27,0 C às 15h30min. A diferença entre as temperaturas máximas externa e interna na Sala 2 foi de 6,8 C e o atraso térmico foi de 1h30min.

120 100 Na Sala 1, a temperatura máxima interna de 27,2 C ocorreu às 15h00min, ou seja, uma hora após a temperatura máxima externa. A diferença entre essas temperaturas máximas (externa e interna), no entanto, é menor, da ordem de 6,6 C. Constata-se, portanto, que o amortecimento térmico na Sala 2 é muito semelhante ao obtido na Sala 1, contudo o atraso térmico na Sala 1 é menor que na Sala 2. Através dos dados das temperaturas internas e externas registradas ao longo do dia calcularam-se as temperaturas médias e o desvio padrão para cada ambiente. Os valores estão apresentados na Tabela 15. Tabela 15- Temperatura média e desvio padrão no inverno - Exterior, Sala1 e Sala2 Exterior Sala 1 Sala 2 Temperatura média( C) 29,54 26,02 26,57 Desvio padrão( C) 2,80 0,81 0,39 Dos dados obtidos, constata-se que a temperatura média diária da Sala 1 é superior à da Sala 2 em 0,55 C. A diferença entre as temperaturas média externa e a temperatura média interna na Sala 1 é de 3,52ºC. Já a temperatura média interna na Sala 2 apresenta-se 2,97 C inferior à temperatura média externa. Átrio O período de medição do inverno iniciou no dia 4 de julho de 2010 e se estendeu até 12 de julho do mesmo ano. As temperaturas máximas, mínimas, médias, amplitudes térmicas diárias e umidades do ar externas medidas no período estão ilustradas na Figura 63.

121 Temperatura ( C) Umidade do ar (%) ,00 33,00 31,00 29,00 27,00 25,00 23,00 21,00 19,00 12,40 11,40 8,30 10,00 11,40 10,00 11,50 12,00 8, Amplitude Tmed Tmin Tmax Umidade 17,00 4/7 5/7 6/7 7/7 8/7 9/7 10/7 11/7 12/7 Dias de medições no inverno 0 Figura 63- Gráfico de temperaturas e umidades do período de 4 a 12 de julho Observa-se que os valores registrados para as temperaturas externas neste período foram superiores àquelas do período analisado anteriormente e com amplitudes térmicas mais regulares. Neste período, os dias com amplitudes térmicas e temperaturas externas mais aproximadas entre si foram os dias 9, 10 e 11 de julho, cujas temperaturas máximas aferidas foram 33,5 C, 33,2 C e 34,1 C, respectivamente. Dessa maneira, o dia típico escolhido para a avaliação do desempenho térmico do Átrio foi o dia 11 de julho. A Figura 64 apresenta a sequência dos três dias de medições e o dia selecionado para avaliação.

122 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Temperatura ( C) Temperatura ( C) ,0 33,0 31,0 29,0 27,0 25,0 23,0 21,0 09/07/2010 Tmax = 33,5 C Tmin = 23,5 C T med = 28,8 C Amplitude = 10,0 C 10/07/2010 Tmax = 33,2 C Tmin = 21,7 C T med = 28,4 C Amplitude = 11,5 C 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 Tempo (horas) Figura 64- Dia típico de inverno - Átrio 11/07/2010 Tmax = 34,1 C Tmin = 22,1 C T med = 28,5 C Amplitude = 12,0 C As temperaturas medidas internamente no Átrio e externamente no dia 11de julho de 2010, estão representados na Figura 65, Gráfico do Desempenho das temperaturas externa e interna do Átrio. 35,0 34,0 33,0 32,0 31,0 30,0 29,0 28,0 27,0 26,0 25,0 24,0 23,0 22,0 21,0 34,1 32,4 Exterior Átrio Tempo (horas) Figura 65- Desempenho das temperaturas externa e interna Átrio Observando-se o gráfico anterior constata-se que a temperatura interna máxima no Átrio atinge 32,4 C às 14h00min. O valor máximo registrado externamente foi de 34,1 C que ocorre às 13h30min. Esta diferença entre as temperaturas máximas, interna e externa é de 1,7 C e o atraso térmico é de 30 minutos.

123 103 Apesar do amortecimento de 1,7 C e do atraso térmico de 30 minutos, o gráfico de desempenho térmico do Átrio mostra que, ao longo do dia, as diferenças das variações térmicas entre o exterior e o interior são muito próximas em relação à amplitude e ao atraso térmico. Observa-se ainda que no período que vai da 00h00min até as 8h00min a temperatura interna no ambiente é superior à externa. A Tabela 16 apresenta as médias das temperaturas externas e internas do Átrio calculadas com as temperaturas medidas no dia 11 de julho. Os resultados obtidos evidenciam uma diferença pouco significativa das temperaturas, cuja variação térmica é da ordem de 0,29 C, que é um valor muito pequeno para desempenho térmico de edificações. Tabela 16- Temperatura média e desvio padrão no inverno Exterior e Átrio Exterior Átrio Temperatura média ( C) 28,52 28,53 Desvio padrão( C) 3,88 2, Síntese do desempenho térmico por medição in loco A Tabela 17 apresenta de forma consolidada, os resultados decorrentes das medições realizadas. Tabela 17- Resumo do desempenho térmico da edificação no verão e inverno Estação Ambiente Amortecimento ( C) Atraso Térmico (minutos) Temp. Máxima ( C) Temp. Média ( C) Verão Sala 1 1, ,1 28,28 Sala 2 3,6 Zero 28,1 27,44 Átrio 2, ,1 29,52 Inverno Sala 1 6, ,2 26,02 Sala 2 6, ,0 26,57 Átrio 1, ,4 28,53 Fazendo uma avaliação dos valores obtidos, observa-se que existem diferenças significativas para o amortecimento e no atraso térmico para a Sala 1 e Sala 2, nas medições de verão e inverno.

124 104 No Átrio, as diferenças de comportamento térmico registradas no verão e no inverno não foram tão significativas quanto às verificadas nos demais ambientes, este fato deve-se a cobertura de vidro que permanece exposta nas duas estações. Uma das causas para esta diferença é a incidência solar na fachada da Sala 1 e da Sala 2, orientadas a Sudoeste com Azimute de 188. Para auxiliar na visualização da insolação e da influência dos ventos nesta fachada, traçou-se uma carta solar e a rosa dos ventos, utilizando o programa Sol-Ar 6.2, com o arquivo climático para Cuiabá criado por Miranda et al. (2010). Na carta solar, ilustrada na Figura 66, a edificação da Corte está representada pelo retângulo azul e a fachada em análise está orientada para a direção Sudoeste. Para a análise da insolação, tomaram-se como referência os dois dias próximos aos dias das medições de verão e inverno. Observa-se que no verão, em 23 de fevereiro, a fachada orientada a Sudoeste, recebe insolação do período das 13h00min até as 18h00m. Já no solstício de inverno, representado pelo dia 22 de junho, esta mesma fachada não recebe insolação direta. Figura 66- Carta Solar de Cuiabá Fonte: Adaptado do Sol-Ar 6.2

125 105 Para a avaliação da influência da ventilação, utilizou-se a rosa dos ventos, que apresenta os valores da ventilação em diferentes direções, conforme ilustrado na Figura 67. Observa-se que a velocidade dos ventos para a direção Sudoeste no verão e no inverno é igual. Cabe ressaltar que estes valores para os ventos não correspondem a medições obtidas in loco, mas sim do arquivo climático inserido no software Sol-Ar 6.2. Figura 67- Rosa dos Ventos Fonte: Adaptado do Sol-Ar 6.2

126 Consumo energético do edifício A Tabela 18, complementada pela Figura 68, retratam a potência instalada e o consumo energético mensal do prédio da Corte, levando-se em consideração o ciclo de operação diária anteriormente definida. Além do consumo total mensal são apresentados os consumos parciais para cada categoria, iluminação, ar condicionado e equipamentos. Tabela 18- Consumo energético mensal da Corte Fontes Quant. Potência (W) Dias Tempo Horas Consumo mensal (kwh) Iluminação Lâmp. Halógena ,00 Lâmp. Fluoresc. PL 2 x 9W ,60 Lâmp. Fluoresc. 13W ,60 Lâmp. Fluoresc. 2 TL5x14W, reator eletr ,00 Lâmp. Fluoresc. 2 TL5x28W reator eletr ,82 Lâmp. Fluoresc. 2 x 32W reator eletr ,36 Total (1) 4.943,39 Ar condicionado Fan Coil (Gabinetes) em TR ,00 Fan Coil (Demais ambientes) em TR ,20 Ar tipo Split Btu ,40 Ar tipo Split Btu ,00 Total (2) ,60 Equipamentos Elevador ,00* Computador com monitor 15 " ,76 Impressora multifuncional ,09 Copiadora ,00 Geladeira ,00 Bebedor ,00 Ventilador ,20 Microondas ,5 13,20 Cafeteira ,1 52,80 Fax ,60 Total (3) 4.766,05 Total (1+2+3) ,64 * Em anexo, ANEXO B

127 107 Figura 68- Consumo energético da Corte por categoria Pelos dados apresentados, constata-se que o sistema mais eletro intensivo é o de condicionamento de ar, que representa 79% da energia total consumida. A iluminação é responsável pelo consumo de 11% e os equipamentos por 10%. Objetivando identificar a parcela de contribuição exclusivamente do prédio da Corte no consumo total do TRT, foi efetuada uma segunda análise, levando-se em consideração a área dos ambientes, total e parcial. Esta estratégia possibilitou a análise comparativa do consumo energético da Corte em relação aos outros dois prédios do TRT. Para tanto, fez-se uma média aritmética dos consumos constantes nas faturas de energia elétrica no período de um ano, compreendendo os meses de setembro de 2009 a agosto de 2010, mostrados na Figura 69. O registro de contas (extrato) com o consumo no período mencionado encontra-se no Anexo A. O consumo médio mensal calculado para todo o complexo do TRT foi de ,75 kwh.

128 108 Figura 69- Consumo de energia elétrica do TRT Para avaliar a participação da Corte diante do consumo energético total do TRT, subtraiu-se o valor estimado calculado para a Corte, de ,64 kwh, do valor do consumo médio mensal calculado de ,75 kwh. Considerando-se as áreas condicionadas da Corte, aproximadamente 3.690,00 m² e o consumo energético mensal de ,64 kwh, o consumo energético médio mensal por metro quadrado é de 12,36 kwh/m 2. Para o caso de considerar-se um período de 12 meses, o consumo energético médio anual, por metro quadrado, é da ordem de 148,32 kwh/m². Para os outros dois prédios do TRT, o valor do consumo médio mensal é de ,11 kwh, já descontado o valor da energia mensal consumida pela Corte. O total de áreas condicionadas é de aproximadamente ,93 m². Portanto, o consumo energético mensal por metro quadrado é de 10,46 kwh/m 2, e de 125,52 kwh/m² para o consumo energético anual por metro quadrado. De acordo com Carlo e Lamberts (2010, p. 38), a avaliação segundo os critérios do RTQ-C, o parâmetro de referência de avaliação do consumo energético anual para uma edificação nível A é de 93,00 kwh/m². Ainda de acordo com os autores, para este tipo de edificação, os sistemas de condicionamento de ar são responsáveis por 41,4 kwh/m² (44,51%), iluminação por 28,1 kwh/m² (30,21%) e 21,3 kwh/m² (22,90%) para equipamentos e 2,2 kwh/m² (2,38%) para ventilação e aquecimento, ilustrados na Figura 70.

129 109 Figura 70- Distribuição do consume energético segundo o RTQ-C, nível A Comparando o consumo energético obtido para a edificação do TRT com o de referência, chama a atenção o consumo elevado do sistema de condicionamento de ar. A iluminação e os equipamentos apresentaram um consumo inferior ao recomendado, segundo o modelo do RTQ-C. O consumo energético do sistema de condicionamento de ar está relacionado diretamente às características da edificação, ao clima do local, à orientação geográfica, sombreamento e, principalmente, dos materiais utilizados na envoltória em termos de área envidraçada (WWR) e o fator solar dos vidros. Para a o clima local da cidade de Cuiabá, ainda não existe um banco de dados disponível que relacione as variáveis citadas e o consumo energético das edificações de escritório. A simples comparação com trabalhos de outras localidades, com clima diferente e características arquitetônicas diversas da estudada, pode conduzir a conclusões imprecisas ou até mesmo fora da realidade.

130 Carga térmica Para a avaliação dos ganhos térmicos internos do modelo definido para as simulações foi necessária a sua calibração e parametrização Calibração do modelo Para realizar a calibração do modelo foram inseridas no software DesignBuilder as cargas térmicas devidas à ocupação, iluminação e operação de equipamentos, calculadas para cada zona. Os resultados estão apresentados na Tabela 19. As potências referentes à iluminação e aos equipamentos são as mesmas utilizadas no cálculo do consumo energético da edificação. Para o Átrio não foi considerado nenhuma carga térmica deste tipo, uma vez que se destina quase que exclusivamente, para circulação. Tabela 19 - Carga térmica dos ambientes Ambientes Ocupação (pessoas/m²) Iluminação (W/m²) Equipamento (W/m²) Sala 1 0,03 11,74 4,13 Sala 2 zona 1 0,04 11,13 5,13 Sala 2 zona 2 0,19 14,30 9,30 Sala 2 zona 3 0,09 10,60 12,24 Átrio Na calibração do modelo foram comparados o comportamento do modelo simulado com o comportamento real do edifício considerando-se como parâmetro de comparação as temperaturas do ar internas e externas medidas e simuladas para os ambientes Sala 1 e Átrio. Os gráficos ilustrados na Figura 71 e Figura 72 evidenciam o comportamento horário das temperaturas do ar para os dias considerados, resultados de simulação e medição.

131 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Temperatura ( C) 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23: Temperatura ( C) Temp. med exterior Temp. med. interior Temp. sim. exterior Temp.sim. Interior 22 Tempo (horas) Figura 71- Temperaturas do ar medidas e simuladas Sala Temp. med exterior Temp. med. interior Temp. sim. exterior Temp. sim. interior 24 Tempo (horas) Figura 72- Temperatura do ar medidas e simuladas - Átrio Observa-se na Tabela 20 que destaca alguns pontos dos dois gráficos anteriores, que existem diferenças entre as temperaturas máximas e mínimas, e nos horários em que estas ocorrem, porem os valores médios diários são bastante próximos. A divergência é devido às diversas variáveis que interferem nas variações climáticas, especialmente nos meses de verão, que são bem mais instáveis por causa das chuvas.

132 112 Tabela 20-Valores de temperatura significativas obtidas da Figuras 71 e Figura 72 Ambiente Temp. médias externas ( C) Temp. médias internas ( C) Medida Simulada Medida Simulada Sala 1 27,9 27,7 27,4 27,3 Átrio 30,0 29,8 29,6 31,0 A temperatura do ar é apenas um parâmetro de comparação. Para uma avaliação mais criteriosa poder-se-ia considerar também os dados da radiação solar, velocidade e direção dos ventos, umidade, nebulosidade e outras variáveis ambientais. No entanto, como estas grandezas não foram mensuradas, também não são consideradas para fins de comparação Simulação Uma vez assegurado o adequado desempenho do modelo introduzido no DesignBuilder para as Salas 1, 2 e Átrio, passou-se a avaliar as contribuições das cargas térmicas da ocupação, iluminação, equipamentos, e dos fechamentos da envoltória da edificação, em especial o vidro. Destaca-se que com os resultados das simulações foi possível fazer algumas análises e comparações sobre a influência de alguns tipos de vidro, taxa de ocupação de vidro na envoltória (WWR) e mecanismos de sombreamentos. A partir da primeira análise das temperaturas internas obtidas com o modelo, que confirmaram a coerência do comportamento térmico da edificação, foram calculados os ganhos térmicos internos. Estes se apresentam divididos em cinco categorias: ocupação, equipamentos, iluminação e ganho solar pelas áreas de vidro da fachada principal, e pela janela na parede oposta à fachada. As avaliações estão apresentadas para as duas salas do gabinete e para o Átrio.

133 113 Sala 1 e Sala 2 As Figuras 73, Figura 74, Figura 75 e Figura 76 ilustram os ganhos térmicos alcançados no mês de fevereiro para os ambientes: Sala 1 e Sala 2. Resgatando que a Sala 2, por apresentar três ambientes distintos, foi dividida em três, Zonas 1, Zona 2 e Zona 3 para melhor compreensão da influência dos ganhos térmicos pelos vidros da fachada. A Zona 1 possui características semelhantes à da Sala 1. A Zona 2 possui uma janela sombreada e a Zona 3 não dispõe de qualquer abertura com contato externo. A Figura 73, relacionada com a Sala 1, mostra os ganhos internos ocorridos no mês de fevereiro, destacando-se aqueles decorrentes da radiação e iluminação e, em menor grau, a contribuição de equipamentos e ocupação. O maior ganho térmico interno é devido ao vidro com 415,10 kwh, seguido pela iluminação artificial com 366,70 kwh, equipamento com 26, 67 kwh e pela ocupação com 1,78 kwh. Este último valor, o da ocupação, em função da escala não está perceptível na figura. Figura 73- Ganhos internos de calor - Sala 1

134 114 Na Figura 74 - Ganhos internos Sala 2/Zona 1, o maior ganho térmico interno é devido à iluminação artificial, cuja contribuição corresponde a 225,88 kwh, seguido pelo ganho térmico do vidro, com 218,40 kwh, equipamentos com 20,53 kwh e por último pela ocupação, com 2,11 kwh. Figura 74- Ganhos internos de calor - Sala 2/Zona 1 Na Figura 75- Ganhos internos Sala 2/Zona 2, além das fontes evidenciadas nos casos anteriores, existe uma janela em contato com o meio externo que também foi computada, chamada pelo software como Interior Windows. O maior ganho térmico interno ocorre em função da iluminação artificial com 382,85 kwh, seguido pelo ganho térmico devido da janela localizada na face oposta à da fachada principal com 117,31 kwh, equipamentos com 49,22 kwh e ocupação com 13,05 kwh. O ganho térmico devido ao vidro da fachada principal da Sala 2/Zona 1 é de 61,59 kwh.

135 115 Figura 75- Ganhos internos de calor - Sala 2/Zona 2 Na Figura 76 - Ganhos internos Sala 2/Zona 3, o maior ganho térmico interno deve-se à iluminação, com 573,57 kwh, seguido pelo ganho térmico referentes aos equipamentos, 114,71 kwh, e pela ocupação com 5,68 kwh. Ainda nesta zona observa-se uma parcela de 0,93 kwh de ganho de calor devido à janela existente na sala, localizada na Sala 2/Zona 2.

136 116 Figura 76- Ganhos internos de calor - Sala 2 /Zona 3 Complementarmente às análises apresentadas anteriormente, a Figura 77 apresenta um gráfico síntese do ganho térmico anual para o gabinete composto pelas duas salas avaliadas e as cinco categorias, retratando, dessa forma, o balanço térmico total da edificação. Observa-se que os maiores ganhos térmicos devem-se à iluminação, seguido pelo ganho térmico do vidro, equipamentos, janela e por último pela ocupação.

137 117 Figura 77- Síntese do ganho de calor interno anual para o gabinete, Sala 1 e Sala 2 O estudo em tela trata de uma edificação concluída e ocupada. Apesar disso, foram simuladas algumas possíveis alternativas que melhorariam o desempenho da edificação, com o intuito de avaliar a influência de algumas modificações que poderiam resultar numa obra mais atrativa do ponto de vista energético. Nessa linha de raciocínio, foram simuladas quatro opções para a redução dos ganhos térmicos pelas áreas de vidro das fachadas. Destacam-se: Instalação de persiana interna tipo rolô, branca, média opaca, de espessura igual a 3 mm. Instalação de vidro duplo - tipo 1: laminado azul, com ar entre as lâminas, espessura mm, U = 3,1 W/m² K e FS = 0,48. Instalação de vidro duplo - tipo 2: laminado azul com ar entre as lâminas, espessura mm, U = 2,4 W/m² K e FS = 0,14. Redução da taxa de vidro da fachada, no padrão do TRT, para WWR = 50%.

138 Ganho interno de calor (kwh) 118 Considerando-se a situação real com o vidro padrão do TRT, a Figura 78 apresenta graficamente os valores obtidos por simulação, para os ganhos internos de calor durante o ano, para cada uma das opções estabelecidas jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Meses Vidro simples (TRT) Persiana interna opaca (médio) Vidro duplo (1) Vidro duplo (2) WWR 50% Figura 78- Ganhos internos de calor: situação real e alternativas simuladas - Gabinete Por meio da figura anterior, constata-se que opção do vidro duplo tipo 1 é a que menos influencia o ganho térmico em relação ao caso base. As alternativas de utilizar-se a proteção tipo persiana e vidro tipo 2, praticamente equiparam-se e têm um melhor desempenho que o caso anterior. No caso do uso de persianas, seria preciso atentar-se também para o aumento do consumo de energia elétrica para compensar a não utilização de luz natural. A alternativa mais atrativa, no entanto, é a que contempla a redução da taxa de vidro da fachada para 50%, que se traduz em maior redução do ganho de calor interno em qualquer época considerada.

139 119 Átrio Para esta parte do prédio da Corte, a exemplo da Sala 1 e Sala 2, é seguida a mesma metodologia. A Figura 79, apresenta o desempenho mensal das temperaturas do ar interna e externa, bem como os ganhos internos de calor através do vidro da cobertura do Átrio. Figura 79- Temperatura e Ganhos de calor interno de calor para o Átrio Considerando a estrutura física do edifício, o domus de vidro ocupa aproximadamente 33% da área da cobertura do Átrio. Este percentual corresponde a 200,00 m 2. A partir do modelo gerado para as simulações anteriormente abordadas, foram simuladas três opções, idealizadas objetivando avaliar a redução do ganho de calor pelas áreas de vidro da cobertura e as temperaturas internas no ambiente: Redução em 50% da área do domus, passando para 16,5% da área total, ou seja, 100,0 m 2, mantendo o vidro original. Redução em 75% da área do domus, passando para 8,25% da área total, ou seja, 50,0 m 2, mantendo o vidro original.

140 120 Substituição do vidro, por outro do tipo refletivo com U = 4,98 W/m² K e FS = 0,27, mantendo-se a área de vidro de 200,0 m². A Figura 80 mostra os resultados obtidos por simulação, para os ganhos internos de calor durante o ano, para cada uma das opções estabelecidas. Figura 80- Ganhos internos de calor: situação real e alternativas simuladas - Átrio A figura anterior permite observar que ocorrem reduções significativas dos ganhos internos de calor em função da redução da área de vidro ocupada pelo domus na cobertura. A redução do ganho de calor pela cobertura é proporcional à redução das áreas ocupadas pelo domus. No caso da substituição do vidro existente por outro, com características refletivas, denominado de tipo 1, também se traduz em maior redução do ganho de calor interno.

141 Conforto térmico Os resultados das avaliações para determinar o índice de conforto térmico no prédio da Corte estão divididos por estação de verão e inverno e por ambientes, Salas 1, Sala 2 e Átrio Medição no verão Na Sala 1 e Sala 2, calcularam-se os índices PMV e PPD horário para duas situações seguintes: 16 de fevereiro de ar condicionado desligado; 17 de fevereiro de ar condicionado ligado. Para os estudos do ambiente Átrio, foram utilizados os dados ambientais medidos no dia 25 de fevereiro de Os valores calculados para o PMV e PPD estão apresentados na forma de tabelas e, complementarmente ilustrados em figuras, para cada ambiente considerado. Sala 1 Os dados medidos e utilizados no cálculo do PMV e PPD para a Sala 1 estão apresentados na Tabela 21 e complementado pela Figura 81. Tabela 21- PMV e PPD no verão - Sala 1 Sala 1 16/02/ Sem ar condicionado 17/02/ Com ar condicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 27,30 27,83 78,50 1,6 56,7 28,70 29,51 64,80 1,8 70,0 09h00min 27,80 28,19 72,50 1,7 62,2 28,60 30,00 58,80 1,8 69,3 10h00min 28,00 28,53 77,10 1,7 65,2 28,30 30,31 56,90 1,8 69,0 11h00min 28,30 29,26 76,20 1,8 71,1 28,20 30,06 55,70 1,7 65,4 12h00min 28,70 29,95 75,10 1,9 76,3 28,00 29,71 55,80 1,7 62,4 13h00min 29,00 30,55 74,20 2,0 80,5 27,40 29,57 57,30 1,6 58,1 14h00min 29,60 32,07 72,80 2,3 88,8 27,50 29,52 56, ,9 15h00min 30,10 31,35 71,50 2,2 88,2 27,60* 27,85* 59,30* 1,4 50,4 16h00min 29,80 30,19 72,40 2,1 82,5 27,40* 27,93* 64,40* ,8 17h00min 29,50 30,31 73,30 2,1 82,1 27,20* 28,81* 66,40* 1,6 59,9 18h00min 29,50 29,50 73,90 2,0 78,4 28,00* 28,25* 68,20* 1,6 59,5 * Ar condicionado desligado

142 122 Figura 81- PMV e PPD no verão Sala 1 No dia 16 de fevereiro, sem refrigeração artificial, a variação do PMV foi de 0,7, entre o valor máximo e mínimo calculados. O menor índice, de 1,6 verificou-se às 8h00min e o maior às 14h00min. Os índices PMV e o PPD são crescentes ao longo do dia atingindo o pico às 14h00min. Após esse horário, inicia-se um leve processo de declínio. Ao final do dia, às 18h00min, o valor do PMV é de 2,0, ainda elevado. Observa-se, no dia 17 de fevereiro, com o ar condicionado ligado, que o PMV variou 0,4, entre os valores máximo e mínimo calculados. O maior índice obtido foi no início do expediente, às 8h00min, 30 minutos após o ar condicionado entrar em operação. O menor valor foi de 1,4 às 15h00min, 30 minutos após o desligamento do ar condicionado. Nota-se que a partir do acionamento do ar condicionado, os índices PMV e o PPD têm um comportamento decrescente, de forma gradual, até o desligamento do condicionador de ar. Apesar disso, o decréscimo é muito suave e não consegue atingir um nível de conforto térmico adequado. Nas primeiras horas do expediente os índices do PMV e PPD são semelhantes, tanto na situação com o ar condicionado como sem este dispositivo, fato que comprova a incapacidade do sistema de ar condicionado de refrigerar o ambiente. Somente a partir das 11h00min é que o ar condicionado começa efetivamente a fazer efeito e influenciar na redução da temperatura no ambiente. No horário das 14h00min, a diferença entre o valor do PMV com ar e sem ar condicionado é de 69,5%, indicativo da atenuação da carga térmica do ambiente.

143 123 A temperatura radiante foi outra variável avaliada no conforto térmico do ambiente. Sob este aspecto, observa-se que as temperaturas radiantes são sempre maiores que as temperaturas do ar, fato que comprova o efeito estufa em ambientes com grandes proporções de vidro nas fachadas. O fenômeno acontece porque as ondas curtas que atravessam os fechamentos transparentes aquecem superfícies e corpos internos. Esses corpos, por sua vez, aquecem e passam a emitir radiações de comprimentos de ondas longas. Para esse tipo de radiação, o vidro é considerado opaco e, dessa forma não permite a troca de calor com o exterior. Em média, a diferença entre a temperatura do ar e a temperatura radiante no dia das medições, sem ar condicionado, foi de 3,27%. Nas medições com o ar condicionado operando, o valor foi de 5,43%. Observa-se que os maiores valores das temperaturas radiantes correspondem aos índices mais elevados de PMV e PPD. Os valores obtidos para o índice do PMV e para o PPD, ao longo dos dois dias, estão muito além dos limites estabelecidos para assegurar um nível de conforto mínimo, conforme preceitua a ISO 7730/2005. A comparação entre os índices obtidos, com e sem o condicionamento do ar, permite concluir que o uso do condicionamento do ar não altera as condições do ambiente para torná-lo termicamente aceitável para a ocupação.

144 124 Sala 2 Os dados utilizados no cálculo do PMV e PPD para a Sala 2 estão apresentados na Tabela 22 e Figura 82. Tabela 22- PMV e PPD no verão - Sala 2 Sala 2 16/02/ Sem ar condicionado 17/02/ Com ar acondicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 26,90 26,90 81,70 1,2 36,2 28,50 28,23 75,10 1,5 54,9 09h00min 26,90 27,02 81,70 1,2 36,6 27,40 27,40 63,30 1,2 35,7 10h00min 27,10 27,10 81,50 1,2 38,8 26,80 26,92 62,10 1,0 28,1 11h00min 27,20 27,32 81,10 1,3 40,7 26,40 26,52 61,90 0,9 23,4 12h00min 27,40 27,40 81,50 1,3 43,2 26,10 26,10 62,00 0,8 19,8 13h00min 27,60 27,72 80,20 1,4 46,3 25,80 25,92 63,20 0,7 17,7 14h00min 27,90 27,90 79,60 1,4 49,5 25,60 25,99 63,00 0,7 16,6 15h00min 28,10 28,10 79,00 1,5 50,9 26,00* 26,39* 63,90* 0,8 21,1 16h00min 28,00 28,00 79,40 1,5 51,8 26,30* 26,42* 68,50* 0,9 24,3 17h00min 28,00 28,12 80,00 1,5 51,4 26,60* 26,72* 71,60* 1,0 28,9 18h00min 28,00 28,00 80,40 1,5 51,5 26,80* 26,92* 73,60* 1,1 32,1 *Ar condicionado desligado Figura 82- PMV e PPD no verão Sala 2 No dia 16 de fevereiro, sem o ar condicionado ligado, a variação do PMV foi de 0,3 pontos, entre o valor máximo e mínimo calculados. O menor índice, de 1,2 verificou-se no período das 8h00min às 10h00min, e o maior às 15h00min. O índice PMV e o PPD são crescentes ao longo do dia atingindo o pico às 15h00min e permanecendo estável até ás 18h00min

145 125 Observa-se que no dia 17 de fevereiro, com o ar condicionado ligado, o PMV variou 0,8 pontos, entre valor máximo e o mínimo calculados. O maior índice obtido foi 1,5 no início do expediente, às 8h00min, 30 minutos antes de o ar condicionado entrar em operação. O menor valor foi de 0,7 às 14h00min, 30 minutos antes do desligamento do ar condicionado. A partir do acionamento do ar condicionado, os índices PMV e o PPD vão reduzindo gradualmente até as 14h00min. Observa-se que na Sala 2 o ar condicionado conseguiu proporcionar um ambiente mais confortável termicamente, ainda que a sua contribuição mais efetiva seja mais próxima ao final do horário de encerramento do expediente na sala, às 14h30min. Ainda, reportando-se à tabela e gráfico anterior, pode-se constatar que no horário das 13h00min a diferença entre o valor do PMV com ar e sem ar condicionado é de 50%, observando-se que, de fato, ocorre atenuação da carga térmica do ambiente. Em todos os horários medidos as temperaturas radiantes e as temperaturas do ar na Sala 2 foram muito próximas. As diferenças encontradas em media foram da ordem de 0,4%. Observa-se que esta pequena variação pouco influencia na variação dos índices de PMV e PPD para as duas situações consideradas, com ar e sem ar. Os valores obtidos para o índice do PMV e para o PPD, ao longo dos dois dias, estão acima do intervalo de conforto de norma ISO 7730/2005. Porém no período das 13h00min às 14h00min o PMV calculado é o que mais se aproxima do índice máximo recomendado pela norma e com a menor porcentagem de pessoas insatisfeitas, 16, 6%.

146 126 Átrio Os dados utilizados no cálculo do PMV e PPD para o Átrio estão apresentados na Tabela 23 e Figura 83. Tabela 23- PMV e PPD no verão - Átrio Átrio 25/02/ Sem ar condicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 27,90 28,43 82,10 1,5 54,5 09h00min 28,70 29,09 76,10 1,7 62,9 10h00min 29,30 29,83 71,90 1,8 70,5 11h00min 30,10 30,63 67,30 2,0 70,2 12h00min 30,50 30,89 64,60 2,1 82,0 13h00min 31,10 31,63 62,30 2,2 88,0 14h00min 31,30 31,97 62,40 2,3 90,0 15h00min 31,60 32,55 59,60 2,4 92,3 16h00min 32,10 32,35 62,50 2,5 94,1 17h00min 30,70 31,09 71,40 2,2 86,7 18h00min 29,40 29,93 70,0 1,8 71,1 Figura 83- PMV e PPD no verão - Átrio O Átrio é um ambiente ventilado naturalmente e utilizado somente para circulação e eventualmente para eventos extraordinários. Através do cálculo do PMV para este ambiente, observa-se que o PMV variou um ponto, entre valor mínimo de 1,5 às 8h00min e o máximo de 2,5 às 16h00min. Pela observação dos dados obtidos, pode-se constatar que em qualquer horário do dia, as condições em termos de

147 127 conforto térmico são inadequadas. Além disso, em boa parte do período o ambiente torna-se extremamente desconfortável, em particular a partir das 11h00min. No horário das16h00min, nível de desconforto térmico atinge seu ponto mais crítico, com o PMV de 2,5 e com expectativa de 94,1% de pessoas insatisfeitas. As temperaturas radiantes calculadas pouco se diferenciaram das temperaturas do ar medidas, esta variação em média ficou entorno de 1,7%. Esta pequena variação pode ter sido influenciada pela escolha do local onde foram instalados os termômetros e o tipo de ocupação do ambiente. Para este ambiente a temperatura do ar foi a responsável pelo maior desconforto térmico e os maiores índices de PMV e PPD. Dessa forma, para este ambiente, os valores obtidos para o índice do PMV e para o PPD estão acima do intervalo de conforto de norma ISO 7730/ Medição no inverno Na Sala 1 e Sala 2, calcularam-se os índices PMV e PPD horário para duas situações: 25 de junho de ar condicionado ligado. 27 de junho de ar condicionado desligado. Para o Átrio os dados ambientais utilizados foram os medidos no dia 12 de julho de Os valores calculados para o PMV e PPD, estão apresentados na forma de tabelas e, complementarmente, ilustrados em figuras, para cada ambiente considerado.

148 PMV PPV (%) 128 Sala 1 Os dados utilizados no cálculo do PMV e PPD para a Sala 1 estão apresentados na Tabela 24. A Figura 84 mostra, adicionalmente, o comportamento das grandezas em questão. Tabela 24- PMV e PPD no inverno - Sala 1 Sala 1 25/06/ Com ar condicionado 27/06/ Sem ar condicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 22,3 23,0 63,0 0,3 7,3 25,2 25,7 61,2 0,9 22,9 09h00min 23,0 23,5 67,8 0,5 10,3 25,5 26,5 60,3 1,0 27,6 10h00min 23,7 24,5 64,5 0,6 14,6 26,0 27,0 59,2 1,1 32,5 11h00min 24,3 25,1 62,6 0,8 18,6 26,4 27,4 58,4 1,2 36,7 12h00min 24,8 25,5 61,2 0, ,7 27,7 57,4 1,2 39,8 13h00min 25,0 25,8 60,3 0,9 25,8 27,0 27,7 56,6 1,3 41,5 14h00min 25,3 26,0 59,7 1,0 26,4 27,1 27,9 56,0 1,3 43,0 15h00min 25,4* 26,1* 59,3* 1,0 27,3 27,2 27,7 55,8 1,3 42,6 16h00min 25,4* 26,1* 59,5* 1,0 27,4 27,2 27,6 56,2 1,3 42,2 17h00min 25,4* 25,9* 59,6* 1,0 26,6 27,1 27,4 56,8 1,3 40,8 18h00min 25,1* 25,5* 60,1* 0,9 23,4 26,8 26,8 57,7 1,2 36,1 * Ar condicionado desligado 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18: PMV dia 25/06 - com ar cond. PMV dia 27/06 - sem ar cond. PPD dia 25/06 - com ar cond. PPD dia 27/06 - sem ar cond. Tempo (horas) Figura 84- PMV e PPD no inverno Sala 1 No dia 27 de junho, sem refrigeração artificial, a variação do PMV foi de 0,4 entre o valor máximo e mínimo calculados. O menor índice (0,9) verificou-se às 8h00min e o maior às 13h00min, mantendo-se nesse valor até as 17h00min.

149 129 Observa-se, no dia 25 de junho, com o ar condicionado ligado, que o PMV variou 0,7, entre valor máximo e mínimo calculados. O menor índice observado foi no início do expediente, às 8h00min, 30 minutos após o ar condicionado entrar em operação. O maior valor foi de 1,0 às 14h00min. Nota-se que a partir do acionamento do ar condicionado, os índices PMV e o PPD têm um comportamento crescente, de forma gradual, até o desligamento do condicionador de ar. Quando o ar condicionado entra em operação as temperaturas tendem a ficar mais próximas dos índices estabelecidos pela ISO 7730/2005. Cabe observar, que devido à redução da incidência solar na fachada envidraçada, ocorreu um menor ganho térmico, consequentemente, o condicionador de ar conseguiu proporcionar melhores condições de conforto térmico. Sala 2 Os dados utilizados no cálculo do PMV e PPD para a Sala 2 estão apresentados na Tabela 25 e também, na forma de histogramas, na Figura 85. Tabela 25- PMV e PPD no inverno - Sala 2 Sala 2 25/06/2010 Com ar condicionado 27/06/ Sem ar acondicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 23,5 22,9 60,1 0,0 5,0 26,1 26,5 59,4 0,8 18,9 09h00min 23,6 23,5 65,3 0,1 5,3 26,1 26,5 59,6 0,8 18,9 10h00min 23,9 24,3 64,6 0,2 6,3 26,2 26,6 59,3 0,8 19,8 11h00min 23,9 24,3 63,4 0,2 6,2 26,2 26,6 58,1 0,8 19,5 12h00min 24,1 24,5 62,4 0,2 6,8 26,3 26,8 56,3 0, h00min 24,4 24,8 61,3 0,3 7,8 26,5 27,2 54,9 0, h00min 24,5 25,0 60,7 0,4 8,3 26,7 27,4 53,6 0,9 24,7 15h00min 24,7* 25,1* 60,6* 0,4 9,0 26,9 27,4 53,8 0,9 26,0 16h00min 24,8* 25,2* 60,8* 0,4 9,6 27,0 27,3 54,6 1,0 26,4 17h00min 24,9* 25,3* 61,2* 0,5 10,2 27,0 27,4 55,2 1, h00min 25,0* 25,4* 60,9* 0,5 10,7 27,0 27,4 55,8 1,0 27,3 *Ar condicionado desligado

150 PMV PPV (%) 130 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, PMV dia 25/06 - com ar cond. PMV dia 27/06 - sem ar cond. PPD dia 25/06 - com ar cond. PPD dia 27/06 - sem ar cond. 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 Tempo (horas) Figura 85- PMV e PPD no inverno Sala 2 No dia 27 de junho, sem refrigeração mecânica, a variação do PMV foi de 0,2 pontos, entre o valor máximo e mínimo calculados. O menor índice, de 0,8 verificouse no período das 8h00min às 12h00min, e o maior às 16h00min. Observa-se que no dia 25 de fevereiro, com o ar condicionado ligado, o PMV variou 0,5 pontos, entre valor máximo e o mínimo calculados. O maior índice obtido foi 0,5 no final do dia, às 18h00min. O menor valor foi de 0,0 às 8h00min, 30 minutos depois de o ar condicionado ter sido ligado. A partir do acionamento do ar condicionado, os índices PMV e o PPD vão reduzindo gradualmente. Observa-se que na Sala 2 o ar condicionado consegue proporcionar um ambiente termicamente aceitável, segundo a ISO 7730/2005 e com um percentual menor de pessoas insatisfeitas, 8,3%.

151 PMV PPV (%) 131 Átrio Os dados utilizados no cálculo do PMV e PPD para o Átrio estão apresentados na Tabela 26 e Figura 86. Tabela 26- PMV e PPD no inverno - Átrio Átrio 12/07/ Sem ar condicionado TBS ( C) Trad ( C) UR (%) PMV PPD (%) 08h00min 26,9 27,4 53,9 1,0 28,6 09h00min 27,9 28,2 52,5 1,2 40,0 10h00min 29,2 29,3 49,0 1,5 55,6 11h00min 30,3 30,4 47,0 1,8 70,5 12h00min 31,3 31,3 44, h00min 32,0 32,0 42,4 2, h00min 32,2 32,2 40,9 2,3 88,5 15h00min 32,2 32,3 40,7 2,3 88,8 16h00min 33,1 33,1 38,7 2,5 93,4 17h00min 33,0 33,0 39,0 2,4 77,5 18h00min 32,2 32,2 41,9 2,3 88,8 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18: PMV dia 12/07 PPD dia 12/07 Tempo (horas) Figura 86- PMV e PPD no inverno - Átrio Através do cálculo do PMV para este ambiente, observa-se que o PMV variou entre valor mínimo de 1,0 às 8h00min e o máximo de 2,5 às 16h00min. Avaliando os dados obtidos, pode-se constatar que no período da manhã até as 9h00min, o ambiente é mais confortável termicamente. Nos restante do dia, as condições são

152 132 inadequadas e o ambiente torna-se extremamente desconfortável. No horário das 16h00min, o nível de desconforto térmico atinge seu ponto mais crítico, com o PMV de 2,5 e com expectativa de 93,4% de pessoas insatisfeitas. Dessa forma, para este ambiente, os valores obtidos para os índices do PMV e PPD estão fora do intervalo de conforto estabelecido na norma ISO 7730/2005.

153 Síntese do conforto térmico A Figura 87 apresenta graficamente um resumo dos índices PMV obtidos por meio de medições nas duas estações do ano consideradas, para as situações com ar condicionado ligado e desligado, para a Sala 1 e Sala 2. Para o Átrio considerou-se apenas o caso sem condicionamento de ar. Figura 87- Índices PMV no verão e inverno Sala 1, Sala 2 e Átrio

154 134 Fazendo uma análise, desta vez em função da estação, para o Átrio, o PMV obtido para o inverno é menor que o do verão no período matutino. A partir das 12h00min os valores são semelhantes e próximos ao limite superior do índice, que é de + 3,0. Portanto, este ambiente pode ser considerado como extremamente desconfortável durante todo o ano. Para a Sala 1, comparando-se o PMV obtido para o verão e o inverno, constata-se que, mesmo sem o ar condicionado, os índices do PMV obtidos para o inverno são menores que os obtidos para o verão. Outra observação refere-se à contribuição do ar condicionado no inverno, que consegue proporcionar índices melhores do que no verão. A Sala 2 é o ambiente que proporciona as condições térmicas mais agradáveis e que atende as recomendações da norma ISO 7730/2005. Assim como na Sala 1 os índices do PMV calculados para o inverno são sempre menores que os obtidos para o verão. 5.2 RESULTADOS E DISCUSSÕES SOB O PONTO DE VISTA LUMINOSO Os resultados obtidos através de medições in loco, na estação de verão, sob o ponto de vista luminoso são apresentados em duas partes. A primeira, relativa ao conforto luminoso proporcionado pela iluminação artificial na Sala 1 e Sala 2. A segunda trata da contribuição da luz natural no ambiente e o possível aproveitamento para melhorar o nível de conforto luminoso e a economia de energia alcançada com a iluminação nos ambientes Iluminação artificial Para a determinação da iluminância média dos ambientes iluminados artificialmente, Sala 1 e Sala 2, foi realizada uma análise estatística simplificada através do cálculo da média aritmética de todos os pontos medidos nos ambientes. Devido à forma espacial irregular da Sala 2, e da falta de uniformidade na distribuição das luminárias, assim como foi feito no caso do desempenho térmico,

155 135 optou-se por dividir este ambiente em três zonas, ilustradas na Figura 88. Dessa forma, para realizar o cálculo final, foi encontrada a média aritmética das 3 zonas. Figura 88- Distribuição das luminárias na Sala 1 e Sala 2 A partir dos dados das medições da iluminação artificial foram traçadas curvas isolux, para a Sala 1 e Sala 2. Estas curvas, traçadas com o software Surfer 8.1, auxiliam na visualização da distribuição dos níveis de iluminâncias do ambiente. Observa-se na Figura 89, que ilustra as curvas isolux traçada para a Sala 1, que os maiores níveis de iluminâncias estão concentrados na área centro esquerda do ambiente. Esta distribuição era previsível, pois nesta região estão concentradas as luminárias instaladas. A iluminância máxima medida foi de 1008 lux e a mínima de 253 lux, resultando em um valor médio de 665 lux. Comparando-se o valor médio calculado para a iluminância com o valor de referência (750 lux), conclui-se que, para atingir o nível adequado definido em norma, seria necessário fazer a complementação da iluminação.

156 136 Figura 89- Curvas isolux da iluminação artificial na Sala 1 Para a Sala 2, ou melhor, para as zonas estabelecidas, as curvas isolux são apresentadas em duas figuras, uma contemplando as Zonas 1 e 2, e outra para a Zona 3, Figura 90. Figura 90- Curvas isolux da iluminação artificial na Sala 2/ Zona1, Zona 2 e Zona 3 Na Zona 1 observa-se a falta de uniformidade e a existência de regiões com baixos níveis de iluminâncias. Estes pontos estão mais concentrados nas áreas próximas aos vidros da fachada principal e em locais onde as luminárias estão mais espaçadas. Para esta zona, o máximo valor medido foi de 505 lux e o mínimo de 176 lux. O valor da iluminância média obtido ficou na faixa de 311,11 lux, um valor que representa aproximadamente 41,48% do valor de referência de 750 lux.

157 137 Na Zona 2 as luminárias estão distribuídas mais uniformemente, o que resulta numa variação menor dos níveis de iluminâncias do que os observados na Zona 1. Os valores de iluminâncias medidos foram: máximo de 489 lux, mínimo de 312 lux e médio de 422, 28 lux. Este valor médio representa 56,30% do valor de referência, situação que também exige a complementação de luz, de maneira a tornar o ambiente adequado à atividade desenvolvida. Na Zona 3, na área onde as luminárias estão distribuídas com mais uniformidade, os valores medidos das iluminâncias são menos variáveis. Na área à esquerda, no local onde ocorre uma falha na distribuição da luminária, observa-se um valor de iluminância inferior à média. Os valores de iluminâncias medidos foram: máximo de 545 lux, mínimo de 149 lux e média de 412,10 lux, que representa 54,94% do valor de referência. A Tabela 27 sintetiza os valores de iluminâncias máximas e mínimas medidas e as médias calculadas, e os contrastes calculados pela Equação 13. O valor de referência é igual a 750 lux. Tabela 27- Resumo da iluminâncias obtidas com a iluminação artificial Ambientes Iluminância Iluminância Iluminância Máx. (lux) Mín. (lux) Média (lux) Contrastes Sala ,00 0,75 Zona ,65 Sala 2 Zona ,28 0,64 Zona ,10 0,73 Os resultados obtidos demonstram que a quantidade e a distribuição da iluminação artificial nas salas são insuficientes e mal distribuídas no ambiente. Exceção deve ser feita para a Sala 1, que apresenta uma iluminância média próxima à recomendada. Na Sala 2, nenhuma das zonas atingem os valores recomendados em norma. Outro fator a ser considerado com relação à qualidade da iluminação é a diferença entre as luminâncias, máxima e mínima, obtidas através do cálculo dos contrastes. Nos ambientes avaliados os valores obtidos para os contrastes demonstram que existem diferenças acentuadas e podem causar perturbações visuais como ofuscamento e/ou deslumbramento.

158 Iluminação natural Sala 1 Como exposto anteriormente, da luz que incide sobre a superfície envidraçada, uma parte é refletida, outra é absorvida e a terceira parte transmitida para o interior. Os vidros refletivos são conhecidos pela sua alta capacidade de reflexão que contribui para a redução na transmissão da luz solar e, portanto, afeta na diminuição do calor e na quantidade de luz visível no ambiente. As medições dos níveis de iluminância na Sala 1 permitiram quantificar e avaliar a distribuição da contribuição da luz diurna no ambiente onde a proporção de vidro na fachada, Window Wall Ratio (WWR), é de 98,50%. Através do traçado das curvas isolux para cada horário de medição, representadas na Figura 91, Figura 92, Figura 93 e Figura 94, observa-se que a contribuição da luz diurna (CDL) e a sua distribuição decrescem gradativamente ao longo do dia, e variam, principalmente, à medida que se afasta do vidro da fachada. Quanto à penetração da luz natural em função da distância pode-se dizer que a luz que atinge o plano horizontal da mesa de trabalho é representativa no ambiente durante todo o dia, exceto às 15h00min.

159 m) m) ( ( m) m) ( ( 139 m) ( m) Figura 91- Luz natural às 9h00min Sala 1 Figura 92- Luz natural às 11h00min Sala 1 ( m) ( m) Figura 93- Luz natural às 13h00min Sala 1 Figura 94- Luz natural às 15h00min Sala 1 ( Na Tabela 28 são apresentados os valores máximos, mínimos e médios e a contribuição da luz do dia nos horários medidos para a Sala 1. Tabela 28- Luz natural medida - Sala 1 Horário Iluminância Iluminância Iluminância Iluminância CLD méd. Máx. (lux) Min. (lux) Média (lux) externa (lux) (%) Contrastes 9h00min , ,54 0,84 11h00min , ,29 0,96 13h00min , ,68 0,88 15h00min ,96 228* 0,24 0,86 * Céu encoberto por causa da chuva

160 140 O valor de CDLmédio calculado para a edificação mostrou que existe uma porcentagem significativa de luz transmitida pelo vidro. Este potencial poderia ter sido aproveitado no projeto de iluminação como um fator de economia de energia, desde que observados alguns cuidados quanto aos ganhos de calor e iluminação excessiva nas áreas próximas aos vidros da fachada. Também fica claro que, somente com a luz natural, é impossível atingir o nível de iluminância recomendado em todas as horas do dia. Outros problemas são os relativos à distribuição da iluminação e dos contrastes acentuados, que podem provocar problemas com a redução da luz à medida que se afasta das aberturas de iluminação, ou excesso de luz que provoca o desconforto visual para quem fica nas áreas próximas às aberturas. Sala 2 As medições dos níveis de iluminância na Sala 2 permitiram quantificar e avaliar a distribuição da contribuição da luz diurna no ambiente onde a proporção de vidro na fachada, Window Wall Ratio (WWR), é de 21,37%. Através do traçado das curvas isolux para as Zonas 1 e 2, representadas na Figura 95, Figura 96, Figura 97 e Figura 98 para cada horário de medição, observa-se que a contribuição da luz diurna (CDL) e a sua distribuição decrescem gradativamente ao longo do dia, e variam, principalmente, à medida que se afasta do vidro da fachada. Para a Zona 3 optou-se em não representar graficamente a variação dos níveis de iluminância já que dos valores medidos são muito baixos ou nulos. O fato já era esperado, uma vez que esta zona não possui nenhum tipo de abertura voltada para o exterior. Quanto a penetração da luz natural em função da distância constata-se que a luz que atinge o plano horizontal da mesa de trabalho ocorre até a distância de dois metros e é representativa no ambiente até as 13h00min. Após esse horário a contribuição é menor. A região central é uma área que não recebe influencia da luz natural em nenhum horário do dia. Observa-se, ainda, que a luz que penetra pela abertura direita da Zona 2, não é muito expressiva. Foram medidos os valores

161 m) ( m) ( m) ( 141 máximo de 46 lux e mínimo de 6 lux. A penetração da luz natural por essa abertura não ultrapassa um metro de distancia da janela Zona 1 Zona Figura 95- Luz natural às 9h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona 2 m) ( Zona 1 Zona Figura 96- Luz natural às 11h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona 2 m) ( Zona 1 Zona Figura 97- Luz natural às 13h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona 2 m) (

162 m) ( Zona 1 Zona Figura 98- Luz natural às 15h00min Sala 2/ Zona 1 e Zona 2 m) ( Na Tabela 29 estão apresentados os valores máximos, mínimos e médios e a contribuição da luz do dia nos horários medidos para a Sala 1. Tabela 29- Luz natural medida - Sala 2 Horário Iluminância Iluminância Iluminância Iluminância CLD méd. Máx. (lux) Min. (lux) Média (lux) externa (lux) (%) Contrastes Zona 1 9h00min , ,33 0,97 11h00min , ,34 0,96 13h00min , ,07 0,96 15h00min ,37 228* 7,62** 0,99 Zona 2 9h00min , ,09 0,91 11h00min , ,13 0,88 13h00min , ,10 0,96 15h00min 6 0 1,37 228* 0,60 1,00 Zona 3 9h00min 3 0 1, ,01 1,00 11h00min 7 0 3, ,04 1,00 13h00min 3 0 1, ,00 1,00 15h00min 0 0 0,00 228* 0,00 1,00 * Céu encoberto por causa da chuva ** O valor maior, na realidade, ocorre devido à redução do nível de iluminamento. O valor de CDLmédio calculado para a edificação evidencia que existe uma porcentagem significativa de luz transmitida pelo vidro somente para a Zona 1. Na Zona 2 e Zona 3 o CDL não é expressivo. Evidentemente, devido às características construtivas, a luz natural só pode contribuir com a iluminação da Zona 1. Nas demais zonas é imprescindível o uso da iluminação artificial em todas as horas do dia. Outros problemas são os relativos à distribuição da iluminação e dos contrastes acentuados, que podem provocar

163 143 problemas com a redução da luz à medida que se afasta das aberturas de iluminação ou excesso de luz que provoca o desconforto visual para quem fica nas áreas próximas às aberturas. Átrio As medições dos níveis de iluminância no Átrio permitiram quantificar e avaliar a distribuição da contribuição da luz diurna no ambiente. A proporção de vidro neste ambiente, na cobertura, é de 33%. As curvas isolux, para cada horário de medição, estão ilustradas na Figura 99, Figura 100, Figura 101 e Figura 102. Pode-se constatar que a contribuição da luz diurna (CDL) e a sua distribuição decrescem gradativamente ao longo do dia Figura 99- Luz natural às 9h00min - Átrio Figura 100- Luz natural às 11h00min - Átrio m) (

164 Figura 101- Luz natural às 13h00min - Átrio m) ( Figura 102- Luz natural às 15h00min - Átrio m) ( Na Tabela 30 estão apresentados os valores máximos, mínimos e médios e a contribuição da luz do dia nos horários medidos para o Átrio. Tabela 30- Luz natural medida - Átrio Horário Iluminância Iluminância Iluminância Iluminância CLD méd. Máx. (lux) Min. (lux) Média (lux) externa (lux) (%) Contrastes 9h00min , ,64 0,99 11h00min , ,62 0,99 13h00min , ,79 0,98 15h00min ,70 228* 22,23** 0,97 * Céu encoberto por causa da chuva ** O valor maior, na realidade, ocorre devido à redução do nível de iluminamento.

165 145 Os valores encontrados para o CDLmédio, nos diversos horários, deixam claro que uma porcentagem significativa de luz é transmitida através do vidro da cobertura. Na verdade, para este caso há uma contribuição excessiva de luz natural, que compromete as condições térmicas e luminosas no ambiente. Neste caso deveriam ser tomadas algumas medidas para reduzir a transmissão de radiação pela cobertura e melhorar a distribuição da luz natural no ambiente Síntese da iluminação artificial e natural Os levantamentos feitos nos locais estudados permitem afirmar que apenas com a luz natural é impossível atingir o nível de iluminância, recomendado pela norma, em todas as horas do dia. Outros problemas detectados são relativos à distribuição da iluminação e contrastes acentuados, que podem provocar problemas, seja por luz excessiva ou a menor, à medida que se afasta das aberturas de iluminação provocando desconforto visual para quem atua em áreas próximas às aberturas. A solução para esses problemas seria um projeto de iluminação integrado, que fizesse uso de tecnologias tais como timers, dimmers e fotocélulas, que auxiliam no ajustamento dos níveis de iluminância artificial em relação ao nível de iluminância variável da luz natural. Quanto à distribuição de luz, o uso em conjunto com persianas e prateleiras de luz poderia ser estudado para melhorar a distribuição e condução da luz para o interior. Para fins ilustrativos, foram efetuados cálculos relativos à economia de energia elétrica que seria obtida, caso melhor aproveitada fosse a luz da abóboda celeste, apenas para a Sala 1. Através da diferença da contribuição da luz natural em relação ao valor médio encontrado para o nível de iluminamento, pode-se estimar a redução do consumo de energia elétrica, admitindo-se a hipótese de integração dos dois sistemas de iluminação. Esta situação está registrada na Tabela 31, que mostra, ainda, o percentual de economia.

166 146 Tabela 31- Sistema de iluminação integrado e economia de energia Iluminância artificial média (lux) Iluminância natural média (lux) Economia (%) 9h00min 665,00 259,00 38,95 11h00min 665,00 230,84 34,71 13h00min 665,00 172,66 25,96 15h00min 665,00 53,96 8,11 Os percentuais de economia que seriam alcançados ratificam a importância de se elaborar um projeto criterioso, com o uso de materiais adequados para otimizar o desempenho de uma edificação. Em outras palavras, aproveitar ao máximo o potencial existente e buscar a integração de ambas as fontes de energia: natural e artificial. Reforçam esta constatação Vianna e Gonçalves (2007, p. 190), que afirmam que em edifícios não residenciais o uso da iluminação natural em combinação com a artificial pode reduzir o consumo de energia elétrica de 30% a 70%.

167 147 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS O estudo descrito nesta dissertação teve como objetivo principal estudar o desempenho térmico e luminoso de um edifício de escritórios público, dotado de vidro como material da envoltória. Para tanto, lançou-se mão de valores de referência estabelecidos em normas e também a confrontação com os desempenhos de edificações semelhantes, porém com padrão tecnológico diferenciado. Com tal intenção, preliminarmente procedeu-se com o levantamento do estado da arte sobre o assunto, perpassando pelos aspectos históricos do uso do vidro na construção civil e abordando-se as suas características físicas, notadamente aquelas relacionadas com questões que impactam o desempenho do edifício tanto do ponto de vista de desempenho térmico como luminoso. De maneira a estabelecer a base conceitual do ponto de vista técnico-legal, na sequência, foram tratadas as questões de ordem normativa, analisando tanto documentos nacionais como de organismos internacionais. Em particular, tópicos relacionados com o conforto térmico e luminoso em edificações, norteadores para a elaboração de projetos e avaliação do tipo de construção enfocada. Feita a caracterização da área de estudo e definidos os equipamentos e métodos a serem seguidos, levantamentos experimentais foram realizados, acompanhados de estudos de natureza analítica e computacional, seja para a determinação de respostas adicionais as medições, ou para confrontar com os dados encontrados. Dada a indivisível relação entre conforto ambiental e eficiência energética, na parte final do documento avalia-se esta importante questão, a luz de recomendações existentes no país. Nesse sentido, as principais constatações evidenciadas encontram-se destacadas na parte que segue deste capítulo conclusivo. Sob a ótica do conforto ambiental O projeto e a sua execução, embora concebidos com técnicas de projeto com princípios arquitetônicos contemporâneos e equipamentos dotados de tecnologias modernas, à época da construção, não resultaram em desempenho satisfatório para a

168 148 edificação, particularmente no tocante ao desempenho térmico, que se mostra bem aquém dos padrões recomendados. Pode-se verificar a influencia do tipo de vidro e das dimensões das aberturas, quanto a adequação da tipologia ao clima local e as suas implicações nos níveis de conforto ambiental e de desempenho térmico da edificação. Em termos de conforto térmico pode-se constatar, que ambientes com maiores áreas envidraçadas, como a Sala 1 e Átrio, foram os que apresentaram pior desempenho. As temperaturas internas na Sala 1 atingiram sempre valores superiores aos da Sala 2. Na Sala 1 e Sala 2 Zona 1, pode-se concluir que o painel de vidro da sala permite a entrada da luz solar em quantidade para o seu aproveitamento na redução do consumo de energia elétrica para a iluminação, desde que feitas algumas considerações para a redução dos contrastes e ofuscamento que seriam causados se não tomadas providencias na distribuição dessa luz. A cobertura do Átrio, que faz uso integral de vidro, demonstrou ser um fator que contribui para o desconforto térmico e luminoso dos transeuntes. As temperaturas internas mostraram ser sempre elevadas e os contrastes luminosos muito altos. Constatou-se também a influência das estações do ano no desempenho térmico, uma vez que do verão e do inverno, a edificação apresentou um comportamento diferente, principalmente por causa da incidência da radiação solar nas áreas de vidro das fachadas. Sob o ponto de vista de eficiência energética Alem do inadequado desempenho térmico, verificou-se também que a edificação não é eficiente energeticamente, principalmente no que diz respeito ao consumo de energia do sistema de condicionamento de ar. Apesar deste fato negativo, como dito, não se atingem níveis de conforto que possam ser considerados satisfatórios. Acrescenta-se, que as taxas elevadas de vidro nas fachadas (WWR) podem contribuir para a redução do consumo de energia elétrica por meio do melhor aproveitamento da iluminação natural. Contudo, quando este fato não é considerado nas fases iniciais de projeto, as alternativas para a adequação são complexas e

169 149 requerem estudos detalhados. Neste estudo de caso, o que se observou foi que o vidro utilizado no envidraçamento vertical não cumpre essa função, pois apesar de permitir a entrada de luz natural em quantidade suficiente, não bloqueia a transmissão de calor. Na tentativa de reduzir a transmissão de calor fez-se uso de proteções internas, persianas, que podem até reduzir parcialmente o ganho de calor, porém, bloqueiam quase que totalmente a luz natural e o contato visual com o exterior. Diante do exposto, é importante ressaltar a importância do projeto arquitetônico e sua adequação a realidade local. Devido à grande diversidade climática do país, as conseqüências da repetição e cópia de padrões e parâmetros arquitetônicos de outras regiões, geram níveis de conforto térmico e luminoso inadequados, que geralmente influenciam na demanda de energia elétrica para se alcançar níveis melhores de conformo. Muito embora a proposta do tema da dissertação não tivesse a pretensão de propor reformas estruturais no prédio estudado, a simulação dos ambientes levou a resultados animadores em termos de desempenho energético, se fossem adotadas medidas como a redução das áreas de vidro nas fachadas e substituição do tipo de vidro. Por último, fazendo uma avaliação global da edificação, os indicadores encontrados para todos os itens avaliados apresentaram-se em patamares inferiores aos mínimos recomendados em norma. Este fato leva à conclusão de que, do ponto de vista do conforto e da eficiência energética, o edifício não se mostra satisfatório, podendo, portanto, servir como referência para evitar que outros projetos venham a incorporar aspectos que, em tese, poderiam ser otimizadores da edificação em sua acepção mais ampla. Sugestão para trabalhos futuros O complexo construtivo do TRT apresenta uma extensa área e ambientes igualmente diferentes construtivamente e de usos. De acordo com a proposta do estudo e objetivos traçados, não foram esgotadas as possibilidades de avaliação da edificação e/ou materiais e técnicas utilizadas, fato que deixa aberta a possibilidade

170 150 de novas pesquisas, dentre as quais, a título de sugestão para trabalhos futuros, podese destacar: Ampliar o estudo, de maneira a abranger todas as áreas da edificação da Corte e do próprio complexo do TRT, com o objetivo levantar o consumo total de energia elétrica e evidenciar as potencialidades de redução do consumo; Incluir nos estudos computacionais a avaliação da variável luminosa dos vidros; Simulações com mais opções de vidros e tipos de sombreamentos externos e internos

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172 152 NBR Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos Desempenho. Parte 5: Requisitos para sistemas de coberturas. Rio de Janeiro, NBR Instalações de ar-condicionado Sistemas centrais unitários. Parte 2: Parâmetros de conforto térmico. Rio de Janeiro, NBR Iluminação Natural Parte 1: Conceitos Básicos e Definições. Rio de Janeiro, NBR Iluminação Natural Parte 2: procedimentos de cálculos para a estimativa da disponibilidade de luz natural. Rio de Janeiro, NBR Iluminação Natural Parte 3: Procedimento de cálculo para a determinação da iluminação natural em ambientes internos. Rio de Janeiro, NBR Desempenho térmico de edificações. Parte 1: Definições, símbolos e unidades. Rio de Janeiro, NBR Desempenho térmico de edificações. Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações. Rio de Janeiro, NBR Desempenho térmico de edificações. Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. Rio de Janeiro, NBR Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos Desempenho. Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro, BARBOSA, M. J. Uma metodologia para especificar e avaliar o desempenho térmico de edificações residenciais unifamiliares f. Tese (Doutorado em Engenharia). Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, BARBOSA, M. J.; LAMBERTS, R.; GUTHS, S. Uso de barreiras de radiação para minimizar o erro no registro das temperaturas do ar em edificações. Revista Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 8, n. 4, p , out./dez BARBOSA, M. J.; WEILLER, G. C. B.; LAMBERTS, R. Disposição dos equipamentos para medição da temperatura do ar em edificações. Revista Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 7, n. 3, p , jul./set BENEVOLO, L. História da arquitetura moderna. 4. ed. São Paulo: Perspectiva, p.

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181 161 APÊNDICE A EXPERIMENTO COM GLOBOS ALTERNATIVOS Este estudo teve por finalidade verificar e comparar os resultados obtidos por globos alternativos com a inserção integral de termo-higrômetros. Comparando-os a um instrumento de cobre de dimensões padronizadas e um termopar, na determinação das temperaturas médias radiantes, a partir de medições de temperatura do ar e temperatura de globo. Para tanto, foram construídos e utilizados globos de plástico de 9 e 12 cm de diâmetro, combinados com os dois tipos de sensores, termohigrômetro datalogger e termopar com HOBO. O experimento foi realizado no interior do Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade de Cuiabá (UNIC), Cuiabá - MT. Foram testados: um termômetro de globo de cobre com 15 cm de diâmetro, considerado como padrão ou referência nas medições de temperatura e umidade do ar, e temperatura de globo (Figura 1a); três termo-higrômetros com datalogger e um termopar com HOBO. O termopar e dois dos termo-higrômetros testados foram inseridos nos globos plásticos para a obtenção das temperaturas de globo. O terceiro termo-higrômetro testado foi destinado à medição das condições ambientais de temperatura e umidade do ar, no local do experimento. Os globos alternativos foram confeccionados a partir de duas tipologias de esferas ocas com diâmetros de 9 cm e 12 cm, de material plástico, utilizadas em decorações natalinas. As esferas tiveram recortadas uma das bases para adaptação de bocais rosqueáveis, retirados de embalagens de pigmentos para tintas, utilizadas na construção civil. Após realizar a adaptação dos bocais nas esferas, utilizando-se cola plástica, foram aplicadas nas superfícies externas das esferas duas demãos de tinta spray na cor preta fosca. No interior dos globos foram inseridos os sensores com data logger, responsáveis pela medição e registro dos sinais, respectivamente. Nos globos de diâmetros de 9 cm e 12 cm foram inseridos os termo-higrômetros com data logger, modelo HT- 4000, do fabricante ICEL (Figura 1). Em outra unidade de 9 cm de diâmetro, foi inserido um sensor termopar TMC 50-HD, conectado a um HOBO data logger U , do fabricante ONSET. (a) (b) Figura 1 Globos negros alternativos e os termo-higrômetros com data logger

182 162 A Tabela 1 apresenta a especificação técnica de cada sensor. Tabela 1 Especificações dos equipamentos Temperatura Intervalo Precisão Resolução. Termômetro de globo, TGD -100, INSTRUTERM - 10 c a c ± 0,1 c 0,1 c Termo-higrômetro datalogger, HT- 4000, ICEL - 40 c a + 70 c ± 1,0 c 0,1 c Termopar TMC 50-HD, ONSET -20 c a + 70 c ± 0,4 c 0,1 c Como fontes de calor foram utilizadas duas lâmpadas incandescentes, inicialmente de 40 W de potência e, na seqüência, 100 W. Os termo-higrômetros e o HOBO foram configurados para adquirirem sinais a cada 30 segundos, durante um período de uma hora. Visado proporcionar uma irradiação o mais homogênea possível para a todos os componentes sob teste, os globos plásticos foram nivelados na mesma altura do globo de cobre. Os globos negros foram montados sobre uma mesa e distribuídos uniformemente nos vértices de um quadrado equilátero, com espaçamento de um metro entre eles. A fonte de calor, como dito, formada por uma luminária foi disposta no ponto central da diagonal do quadrado equilátero (Figura 2). (a) Figura 2 Foto do arranjo e esquema de montagem do experimento (b) A partir dos dados obtidos com as medições de temperatura do ar (T a )e globo (T g ) calculou-se as temperaturas médias radiantes (T rdmed ) para cada tipo de globo com seu respectivo sensor, através da Equação 1 (ISSO 7726/1996): Eq 1 Considerou-se nos cálculos das temperaturas médias radiantes os diâmetros de cada globo (d= 9, 12 e 15 cm), a emissividade (Ԑ g ) de 0,95 devido a cor preta do globo, a constante de Stefan-Boltzman (σ) de 5,67x10-8 W/m 2. K 4. Por se tratar de um ambiente fechado com a velocidade do ar muito próxima de zero adotou-se o

183 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Temperatura média radiante ( C) 163 coeficiente de transferência de calor (h cg ) calculado pela equação Eq.2, dada para convecção natural. Os dados obtidos das temperaturas médias radiantes para cada instrumento submetidos a radiação de 40 W e 100 W aplicaram-se testes estatísticos para a verificação das igualdades das médias e variâncias. Posteriormente calculou-se o erro relativo máximo para cada equipamento. A partir da metodologia definida foram calculadas as temperaturas médias radiantes dos equipamentos propostos neste trabalho. O período de análise contempla os primeiros 20 minutos de medições. Após este período as temperaturas tenderam a se estabilizar até o final da medição de 60 minutos. Os resultados e a análise estatística estão apresentados separadamente, para cada intensidade de radiação utilizada. O Gráfico 1 ilustra as temperaturas médias radiantes obtidas com os instrumentos submetidos à radiação de 40W 27,50 27,30 27,10 26,90 26,70 26,50 26,30 26,10 25,90 Globo padrão de cobre d=15cm Globo plástico d= 9cm com termopar Globo plástico d= 12cm com termohigrômetro Globo plástico d= 9cm com termohigrômetro 25,70 25,50 Tempo (minutos) Gráfico 1 Temperaturas médias radiantes calculadas para uma radiação térmica de 40W Os dados das temperaturas médias radiantes foram analisados estatisticamente através do cálculo da ANOVA. Os resultados obtidos estão representados na Tabela 2:

184 164 Tabela 2 ANOVA para as temperaturas médias radiantes submetidas à radiação de 40 W Anova: fator único RESUMO Grupo Contagem Soma Média Variância TG cobre ,994 26, , TGP termopar ,173 26, , TGP d= 12 cm ,104 26, , TGP d= 9 cm ,975 26, , ANOVA Fonte da variação SQ gl MQ F valor-p F crítico Entre grupos 11, , , ,41814E-23 2, Dentro dos grupos 11, , Total 22, Observa-se que para um nível de significância de 5 % os valores obtidos para as médias, variâncias e o valor P, confirmam a hipótese de mesma igualdade de médias. A maior diferença na variância verificada foi a do dispositivo dotado de termopar, porém esta diferença não chega a ser significativa, pois o erro relativo máximo obtido para este equipamento foi de 3,5% em relação a temperatura média radiante obtida pelo termômetro de globo de cobre. Os demais erros relativos máximos calculados foram de: 2,88% para o termômetro de globo plástico de diâmetro de 12 cm, e de 1,57% para o termômetro de globo plástico de 9 cm. O mesmo procedimento anterior foi repetido para a temperatura radiante de 100 W. Assim como no caso anterior, neste também se observa que para um nível de significância de 5 %, os valores obtidos para as médias, variâncias e o valor P confirmam a hipótese de igualdade de médias. O maior erro relativo máximo calculado foi para o dispositivo dotado de termopar, com 2,77%, seguido pelo termômetro de globo plástico de diâmetro de 12 cm com 1,97 %, de 0,58% para o termômetro de globo plástico de diâmetro de 9 cm. Considerando a média de erros encontrados, pode-se definir a expressão de uma reta y = a. x para efetuar-se a correção dos valores através da regressão linear. As equações obtidas e o coeficiente de determinação (R 2 ) que expressa o percentual dos pontos medidos explicados pela regressão estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3 Equações de correção e coeficiente de determinação Y = a.x R 2 Temperatura de globo: TGD-100 x Globo plástico d= 9 cm + Y = 0, x 0, termopar Temperatura de globo: TGD x Globo plástico d= 9c m + HT-400 Y = 0, x 0, Temperatura de globo: TGD x Globo plástico d= 12 cm + HT-400 Y = 1, x 0, Nota-se, que os coeficientes de correção e coeficiente de determinação (R 2 ) estão muito próximos de unidade o que confirma a hipótese de igualdade entre os valores obtidos pelos quatro dispositivos testados.

185 165 ANEXO A REGISTRO DE CONTAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO TRT

186 166

187 167 ANEXO B CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA - ELEVADORES DA CORTE

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